REKOMBINACE Přestavby DNA

Podobné dokumenty
Bakteriální transpozony

Transpozony - mobilní genetické elementy

BAKTERIÁLNÍ TRANSPOZONY (mobilní elementy)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

ZÁKLADY BAKTERIÁLNÍ GENETIKY

MOBILNÍ GENETICKÉ ELEMENTY. Lekce 13 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.

Klonování DNA a fyzikální mapování genomu

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Genetika bakterií. KBI/MIKP Mgr. Zbyněk Houdek

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

NUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života

MIKROBIOLOGIE V BIOTECHNOLOGII

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Struktura a funkce biomakromolekul

Struktura a organizace genomů

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Terapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

ve srovnání s eukaryoty (životnost v řádu hodin) u prokaryot kratší (životnost v řádu minut) na životnost / stabilitu molekuly mají vliv

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

MIKROBIOLOGIE V BIOTECHNOLOGII

Exprese genetické informace

Globální pohled na průběh replikace dsdna

Struktura, vlastnosti a funkce nukleových kyselin, DNA v jádře, chromatin.

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Využití DNA markerů ve studiu fylogeneze rostlin

BAKTERIÁLNÍ GENETIKA. Lekce 12 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Exprese genetické informace

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Biosyntéza nukleových kyselin. VY_32_INOVACE_Ch0219.

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Sylabus témat ke zkoušce z lékařské biologie a genetiky. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

Typy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).

1. Mutace 2. Rekombinace 3. Transpozice

Základy molekulární a buněčné biologie. Přípravný kurz Komb.forma studia oboru Všeobecná sestra

Rekombinantní protilátky, bakteriofágy, aptamery a peptidové scaffoldy pro analytické a terapeutické účely Luděk Eyer

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Využití rekombinantní DNA při studiu mikroorganismů

REPLIKACE A REPARACE DNA

1. Mutace 2. Rekombinace 3. Transpozice

Zdrojem je mrna. mrna. zpětná transkriptáza. jednořetězcová DNA. DNA polymeráza. cdna

Mendelova genetika v příkladech. Transgenoze rostlin. Ing. Petra VESELÁ, Ústav lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie LDF MENDELU Brno

Klonování gen a genové inženýrství

Struktura a funkce nukleových kyselin

Proteiny Genová exprese Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

Genové knihovny a analýza genomu

Syntéza a postranskripční úpravy RNA

Nebuněčný život (život?)

Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor)

AUG STOP AAAA S S. eukaryontní gen v genomové DNA. promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4. kódující oblast. introny

Genetika zvířat - MENDELU

Molekulární biotechnologie č.12. Využití poznatků molekulární biotechnologie. Transgenní rostliny.

7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

RESTRIKCE A MODIFIKACE FÁGOVÉ DNA

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Crossing-over. over. synaptonemální komplex

Chromosomy a karyotyp člověka

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

Enzymy v molekulární biologii, RFLP. Molekulární biologie v hygieně potravin 3, 2014/15, Ivo Papoušek

TRANSFORMACE = PŘÍJEM EXOGENNÍ DNA BAKTERIÁLNÍ BUŇKOU

Základy genetiky prokaryotické buňky

1. Téma : Genetika shrnutí Název DUMu : VY_32_INOVACE_29_SPSOA_BIO_1_CHAM 2. Vypracovala : Hana Chamulová 3. Vytvořeno v projektu EU peníze středním

Detekce Leidenské mutace

Nukleové kyseliny. DeoxyriboNucleic li Acid

TRANSLACE - SYNTÉZA BÍLKOVIN

Centrální dogma molekulární biologie

Exprese rekombinantních proteinů

Molekulární biotechnologie č.8. Produkce heterologního proteinu v eukaryontních buňkách

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Využití restriktáz ke studiu genomu mikroorganismů

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Příprava rekombinantních molekul pro diagnostické účely

Enzymy používané v molekulární biologii

Genetika. Genetika. Nauka o dědid. dičnosti a proměnlivosti. molekulárn. rní buněk organismů populací

TRANSFORMACE = PŘÍJEM EXOGENNÍ DNA BAKTERIÁLNÍ BUŇKOU

Přijímací test navazující magisterské studium Molekulární a buněčná biologie

Nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie

MUTAGENEZE INDUKOVANÁ TRANSPOZONY (TRANSPOZONOVÁ MUTAGENEZE)

4) pokračování struktury nukleových kyselin

Genomika. Obor genetiky, který se snaží. stanovit úplnou genetickou informaci. organismu a interpretovat ji v. termínech životních pochodů.

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Crossing-over. Synaptonemální komplex. Crossing-over a výměna genetického materiálu. Párování homologních chromosomů

Nukleosidy, nukleotidy, nukleové kyseliny, genetická informace

GENETIKA dědičností heredita proměnlivostí variabilitu Dědičnost - heredita podobnými znaky genetickou informací Proměnlivost - variabilita

Enzymy používané v molekulární biologii

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 10. Další metody

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Translace (druhý krok genové exprese)

Transkript:

REKOMBINACE Přestavby DNA variace v kombinacích genů v genomu adaptace evoluce 1. Obecná rekombinace ( General recombination ) Genetická výměna mezi jakýmkoli párem homologních DNA sekvencí - často lokalizovaných na 2 kopiích téhož chromosomu. Výměna úseků homologních chromosomů při meiose crossing over nové kombinace alel 2. Místně-specifická rekombinace ( Site-specific recombination ) není nutná DNA homologie Rekombinace v krátkých specifických nukleotidových sekvencích rozpoznávané místně specifickými rekombinačními enzymy Alterace posice nukleotidových sekvencí v genomu (integrace virů, transponovatelné elementy..) Specifická sekvence na jedné nebo na obou rekombinujících molekulách 1. Obecná rekombinace ( General recombination ) Základní mechanismus stejný u různých organismů 2 homologní sekvence vznik Hollidayovy struktury a heteroduplexního spojení (i 1000ce bp dlouhé) Nedochází ke změnám sekvencí (většinou)

HOLLIDAYův MODEL GENETICKÉ REKOMBINACE 1964, Robin Holliday 1 řetězcové přerušení Hollidayova křížová struktura Spojení 5-3 a 5-3 Migrace řetězců Oblast heteroduplexu 2 alternativní způsoby

Oblast heteroduplexu Štěpení všech 4 řetězců 2 alternativní způsoby + * Rotace Hollidayova isomerní struktura štěpení * + štěpení Spojení V obou případech oblast heteroduplexu REKOMBINACE REKOMBINACE

Holliday model - různé varianty - homologní rekombinace - začíná 2 řetězcovým přerušením 2 chromosom = předloha pro opravu dvojřetězcový zlom částečné odstranění 5 konců Invaze ramen opravná syntéza

D Opravené sekvence není homologie není homologie Oprava a syntéza REKOMBINACE REKOMBINACE GENOVÁ KONVERSE d D (nebo D d )

REKOMBINACE - E.coli : 3 dráhy - využívají mechanismus 2 řetězcového přerušení vytvoření Hollidayovy struktury migrace ramen štěpení a ligace Rec BCD enzymy: vytvoření rekombinantních 1 řetězcových oblastí DNA helikázová a exonukleázová aktivita Bakteriofág λ CHI místa vyšší frekvence rekombinace ve wt buňkách (x recbcd mutanty) E.coli 1009 CHI sekvencí (cca 1/5 genů), predikce 80 x +/- degradace při rozvinování degradace heterologní DNA bez CHI míst CHI místo: 3-5 exonukleasa snížení aktivity 5-3 exonkleasa zvýšení aktivity CHI RecBCD rozpoznává 2 řetězcové zlomy (např. u bakteriální konjugace, transdukce bakteriofágem) + při poškození (např. X-ray) fág λ RecBCD rozeznává konce ( blunt end ) rozbalování 5-3 i 3-5 degradace Spotřeba ATP ss 3 konec - vazba RecA proteinu invasivní struktura Tvorba Hollidayovy struktury

RecA + pomocná vazba ssb proteinů zabrání vazbě ssdna před asociací s RecA RecA ATPasová aktivita (DNA dependentní) Vazba ss DNA s homologní dsdna 3 řetězcová struktura (ss DNA - vazba do velkého žlábku ds DNA) Rec A polymerizace filamentární struktura (nukleoproteinové vlákno) více než 1 vazebné místo pro DNA podrží ssdna a dsdna pohromadě Tvorba Hollidayovy struktury závisí na Rec A Udržení H-struktury na Rec A nezávislé další kroky Ruv proteiny

RUV PROTEINY RuvA: specificky rozeznává Hollidayovu strukturu, tetramer RuvB: helikázová aktivita migrace ramen Umělá Hollidayova struktura - syntetické oligonukleotidy - smíchání + RuvA, + RuvB, + ATP Migrace ramen Nehomologní ss konce

RuvA Tetramer RuvA vazba do centra Hollid. struktury indukce vazby RuvB - kruhová struktura - hexamer - DNA uvnitř RuvA RuvB RuvB Pohyb molekuly přes RuvA/B komplex ATP hydrolýza RuvB molekuly otáčejí ds DNA uvnitř obrácený pohyb obou konců LIGACE Rekombinantní molekuly x štěpení v druhém směru není rekombinace RuvC endonukleasa štěpení - 180 proti sobě

Eukaryota : Homologní rekombinace během meiosy Spo11 protein dsdna štěpení specifická místa se zvýšenou frekvencí rekombinace (jako CHI) 2 molekuly Spo11 Dvojřetězcový zlom - Spo11 MRX komplex vazba MRX: 5 3 odbourávání Vazba P-Tyr Spo11 Kovalentní vazba na 5 konec Homology RecA MRX komplex: Mre11, Rad50, Xrs2 5-3 odbourávání, tj z konce s navázaným Spo11, odstranění i Spo11 3 ss konec dlouhý ~ 1 kbp Invase ramen Homology RecA: Dmc1, Rad51 Rekombinace

Místně specifická rekombinace Řízená rekombinačními enzymy rozpoznávajícími specifické nukleotidové sekvence přítomné na jedné nebo na obou rekombinujících molekulách Konservativní místně-specifická rekombinace specifické sekvence na obou DNA, funguje oběma směry (inserce, vyštěpení), obnoví se sekvence obou původních molekul např. λ-integrace integrasa katalyzuje rekombinaci, vazba na specifické DNA sekvence v genomu faga λ i v genomu bakterie, krátký úsek homologie - vznik heteroduplexu Transposiční místně specifická rekombinace mobilní DNA sekvence kódují integrasy inserce do genomu, rozpoznávají specifické sekvence mobilního elementu x nevyžadují specifické sekvence v genomu do kterého se integrují, netvoří heteroduplex, nejsou žádné homologie Integrace bakteriofága P1 - kóduje Cre protein (podobný integrase fága λ)

Integrace bakteriofága P1 Replikace fága multimerní DNA rekombinace v loxp místech monomery P1 DNA monomer loxp loxp Cre protein

Mechanismus funkce Cre proteinu Štěpení DNA tvorba kovalentní fosfotyrosinové vazby Interakce OH skupin s fosfotyrosiny Vazba Cre proteinu na obě strany loxp místa Využití pro specifické integrační systémy mnohonásobné delece u kvasinek

Základní kategorie 1) Transposony transposice DNA 2) Retrotransposony RNA intermediát MOBILNÍ GENETICKÉ ELEMENTY Barbara McClintock (1940) Transposony Retrotransposony cílová DNA

častější u bakterií častější u eukaryot virové nevirové

1. Bakteriální IS elementy (Insertion sequence) identifikovány elektronovou mikroskopií hybridní molekuly DNA wt kmenů a kmenů nesoucích mutace > 20 různých IS elementů u E.coli a dalších bakterií transposice IS elementů 1/10 5-10 7 buněk, transposice do náhodného místa, přenos přes plasmidy nebo viry Délka je stejná pro daný element x sekvence různé Kódující sekvence kóduje 1-2 enzymy nutné pro transposici - nízká hladina exprese - TRANSPOSASA nereplikativní transposice IS elementů Invertované repetitivní sekvence

TRANSPOSASA Donorová DNA vyštěpení IS ( tupé konce) Cílová DNA štěpení - kohesivní konce Ligace IS k 5 ss konci cílové DNA DNA polymerasa opraví porušenou sekvenci Přímé repetice - sekvence cílového místa

2. Bakteriální transposony: větší než IS elementy, nesou další proteiny, např. resistence k antibiotikům místa štěpení transposasou IS1 IS2 přímé repetice 3. Eukaryotické transposony: Ac, Ds elementy (kukuřice) nereplikativní transposice P elementy (Drosophila) nereplikativní transposice

4. REPLIKATIVNÍ DNA TRANSPOSICE Bakteriofág Mu (mutator) TRANSPOSASA OH skupiny vazba do cílové DNA 5 Jednořetězcové přerušení po obou stranách transposonu volné 3 OH skupiny Uspořádání replikačního aparátu levé přerušení Kointegrát 2 výchozí cirkulární molekuly spojené 2 kopiemi transposonu Často reorganisace chromosomu, delece,? Selekční nevýhoda replikativní transposice

5. Virové retrotransposony: - využití reversní transkriptasy - cca 4 % lidské DNA Přímé repetice Oblasti U3 R U5 LTR = Long Terminal Repeat Obsahuje promotor pro hostitelskou RNA polymerasu II (hostitelská) štěpení vedle pravé R sekvence + poly A ocásek Retrovirový RNA genom - nemá kompletní LTR sekvence

Úpravy retrovirové genomové RNA přidání LTR sekvencí Buněčná trna - vázána na PBS ( primer binding site) sekvenci RNA R U5 PBS U3 R Reversní transkriptasa DNA Odstranění hybridní RNA Přeskok Prodloužení DNA řetězce

Prodloužení DNA řetězce Odstranění většiny RNA Syntéza 2. DNA řetězce Odstranění zbytku RNA PBS Přeskok PBS PBS Dokončení DNA syntézy INTEGRACE - enzym INTEGRASA, krátké přímé repetice Retrovirová DNA, Ty elementy kvasinek, Copia elementy Drosophila kódují reversní transkriptasu a integrasu

TY ELEMENTY KVASINEK GAL promotor zvýšení frekvence transposice na galaktose INTRON PLASMIDY TY elementy RETROTRANSPOSONY TY mrna bez intronu

6. Nevirové retrotransposony bez LTR: L1 LINE Sekvenčně podobný RNA-vazebný reversním protein transkriptasam Přímá repetice STOP KODONY A/T bohatá oblast LINE 3 (Long Interspersed Elements). ~ 6-7 kbp SINES (Short Interspersed Elements).. ~ 300 bp Lidské buňky: ~ 10 skupin LINES ~ 1 skupina SINES L1 LINE ~ 600 000 kopií / lidský genom, 15 % genomu -průkaz RNA intermediátu SINES - Alu sekvence (Alu1) ~ 1 milion míst / lidský genom

LINE RNA polya transport do cytosolu translace ORF1 a ORF2 ORF1 protein vazba na LINE RNA (více kopií) ORF2 protein vazba na polya -Transport zpět do jádra -- ORF2 štěpení po straně A-T bohatých oblastí -- reversní transkripce LINE RNA pomocí ORF2