Mutation

3. Mutation A mutation is a change in the normal base pair sequence מוטציה – השתנות ברצף הנורמאלי של זיווגי הבסיסים Commonly used to define DNA sequence changes that alter protein function

4. Mutation • DNA replication is extremely accurate, BUT… • Errors in polymerization occur –מוטציות במהלך הרפליקציה • Environmental factors, such as chemicals and ultraviolet radiation, can alter DNA –מוטציות כתוצאה מגורמים סביבתיים • Irreversible changes to the cellular DNA can be lethal • שינויים לא הפיכים יכולים להיות קטלנים • Non-lethal changes can cause a heritable alteration of the genetic information, called a mutation • Genetic changes are more noticeable in germ line cells than in somatic cells • Systems exist for the repair of damaged DNA

5. הזדקנות

7. A human DNA repair defect: Xeroderma pigmentosum Multiple skin cancers due to unrepaired UV damage to DNA

8. A human DNA repair defect: Bloom's syndrome

10. i.e. 1 error per 1010 bp incorporated Spontaneous mutagenesis and errors in DNA replication • DNA replication must accurately replicate 6 x 109 base pairs every time a human cell divides – • בכל חלוקת תא יש להכפיל שישה טרליון נוקלאוטדים • In man we see one new mutation per gene per 100,000 cells per cell cycle. (spontaneous mutation frequency) – • באדם מוטציה אחת בכל מאה אלף חלוקות תא.

11. DNA polymerases have two main methods for ensuring accuracy: (a) Base selection Only AT and GC base pairs fit properly in the active site of the polymerase (b) Proofreading If a wrong base is inserted, then it is removed and replaced with the correct one before the next one is added

12. Induced mutagenesis Can be caused by environmental agents that damage DNA: • UV light • X-rays and g-rays • Chemical carcinogens e.g. cigarette smoke DNA damage can lead to mutations unless it is removed by DNA repair enzymes Unrepaired damage can have serious consequences

13. פולימורפיזים 1000

14. Somatic vs. germ line mutations • Somatic ((גוףmutations can lead to cancer • Germ (נבט/ראשוני)line mutations can lead to birth defects (מום מולד) • Most mutations cause neither • Some fall in non-coding DNA • Others are silent רוב המוטציות אינן גורמות למחלות מכיוון שאינן פוגעות בנוקלאוטיד המעורב בתהליך התבטאות הגנים (אינטר-גני או אינטרונים)

15. טרנסלוקציה העברה מוטציה נקודתית

16. תדירות המוטציות

19. האם נזקי קרינת נחשבים למוטציות ספונטניות? • 1. לא, מכיוון שניתן לא להיחשף לשמש. • 2. כן, אין אפשרות להימנע מחשיפה לשמש, ולכל קרינה אחרת שמקורה לא מהשמש. • 3. תשובה 1 +2 נכונות. • 4. אין מספיק אינפורמציה על מנת לענות תשובה נכונה.

20. Natural causes of mutationsמוטציות שנגרמות ע"י גורם טבעי • Base tautomerization – שינויים טאוטומרים • UV damage – נזקי קרינה • Spontaneous deamination - דאמינציות

21. הבסיסים עוברים בצורה נדירה השתנות ספונטנית רברסבילית - שינוים טאוטומרים שינוי טאוטומרי בזמן הרפליקציה יוביל לזיווג בסיסים לא תקין

22. טאוטומרי

24. כיצד שינוי טאוטומרי מוביל לזיווג בסיסים שגוי

25. UV Radiation and Pyrimidine Dimers • UV radiation (200-300 nm) induces the formation of dimers between adjacent thymine residues • Cytosine-cytosine and thymine-cytosine dimers occur less frequently • These pyrimidine dimers disrupt the structure of the double helix, blocking replication until the lesion is repaired

27. כימיקלים שחודרים לDNA נראים דומים לנוקלאוטידים אבל גורמים לזיווגי בסיסים לא נכונים כימיקלים שמוסיפים או מחסירים קבוצות הקשורות לבסיסים גורמים לזיווגי בסיסים לא נכונים התוצאה מוטציות נקודתיות בDNA במהלך הרפליקציה

28. Mutations and Cancer • Mutations that affect nonessential DNA or that have negligible effects on a gene’s function are called silent mutations • Many mutations are detrimental, and a correlation exists between the accumulation of mutations and cancer • New chemicals, such as pharmaceuticals, must be tested for carcinogenic potential • Standard animal tests for carcinogenesis are lengthy and expensive • The simple Ames test measures the potential of a given chemical to promote mutations in a specialized bacterial strain

29. The Ames Test for Mutagenesis • S. typhimurium having a defect in histidine biosynthesis are plated on a histidine-free medium • Chemical to be tested is placed on a disk of filter paper in the center of the culture plate • Revertant bacterial colonies are caused by mutagens • 80% to 90% of compounds found to be carcinogenic in animal tests are mutagens in the Ames test

30. קרצינוגנים

31. Intercalating Agents • Intercalating agents slip in between stacked base pairs • Distance between base pairs is doubled by an intercalating agent • Insertions or deletions of one or more nucleotides can occur during the replication of such distorted DNA

32. Chemical Mutagens • Classes of damage produced by chemical mutagens • Point mutations: one base pair is replaced by another • Insertions or deletions: one or more nucleotide pairs are inserted in or deleted from DNA • Important types of chemical mutagens • Alkylating agents אלקילציות • Deaminating agents דיאמינציות • Intercalating agents אינטרקלציות

33. דאמינציה - Deamination of Cytosine About 3% of the cytosine residues are methylated (intentionally). • Nitrous acid can be formed from nitrite and nitrate salts • Nitrous acid oxidatively deaminates aromatic amines • Cytosine is converted to uracil upon treatment with nitrous acid, causing a GC to AT transition • Cytosine sometimes spontanteously deaminates to uracil, indicating why DNA contains thymine rather than uracil קבוצת אמין

34. באחת מתאי הבת תהיה מוטציה נקודתית "התיקון" ע"י BER About 50% of the time the G is “corrected” to A resulting in a mutation

35. אלקילציות Alkylating Agents • Alkylating agents such as dimethyl sulfate are electrophiles • Such agents react most often with the nucleophilic N7 position of the guanine base • Alkylation at N7 can generate an apurinic site in DNA • Point mutations occur when guanine is replaced by another base • DNA methylation can be useful התיקון ע"י BER

36. רדיקלים חופשיים

37. Chemical mutagensסיכום – כימיקלים שגורמים למוטציות • Chemicals that accelerate the deamidation reaction –מאיצים דיאמינציה • Base analogues – אנלוגים לבסיסים • Alkylating agents – מבצעים אלקילציה • Intercalation agents - אינטרקלטורים

38. Overview of DNA repair pathways • A. Base excision repair • B. Nucleotide excision repair. • C. Mismatch repair • D. Double-strand break repair by • homologous recombination. • E. Double-strand break by end joining

39. מוטציות שמתרחשות במהלך הרפליקציה יתוקנו (אם אפשר) ע"י DNA פולימראז כאלה שלא תוקנו במהלך הרפליקציה יתוקנו מיד בסיומה ע"י MR מוטציות שאינן במסגרת הרפליקציה יתוקנו בכל זמן ע"י BER או NER

41. Three general types of DNA repair pathways: Direct Repair Base excision Repair Nucleotide excision repair Direct repair

42. Base excision repair

44. uvrAB recognize the unpair bases

45. מנגנון תיקון של דימרים של תימין לא במהלך הרפליקציה NER

46. מנגנון תיקון של דימרים של תימין לא במהלך הרפליקציה

48. Mismatch repair

49. Occurs just after replication Improves accuracy 102 - 103 fold Must distinguish the parent from the daughter strand Mismatch repair פועל פעם אחת במהלך הרפליקציה. חייב להבחין בין גדיל חדש לישן (ע"י המתילים). לאחר השלמת התהליך הגדיל החדש עובר מתילציה. משפר דיוק רפליקציה פי 100-1000. Occurs just after replication Improves accuracy 102 - 103 fold Must distinguish the parent from the daughter strand

50. מה ההבדל בין תיקון דנא במנגנון ה-mismatch repair (MR) לבין מנגנון ה-nucleotide excision repair (NER) ? • 1. שניהם פועלים בכל מהלך מחזור התא • 2. ה-MR פועל בשלב ה-G1 בעוד שה-NER בשלב ה-M במחזור התא. • 3. ה-MR פועל בשלב ה-M בעוד שה-NER בשלב ה-G1 במחזור התא. • 4. ה-MR פועל בשלב ה-G0 בעוד שה-NER בשלב ה-G1 במחזור התא.