Mutationen

= Insertionen und Deletionen, führen zu Frameshift

• entstehen v.a. in Abschnitten mit kurzen Sequenzwiederholungen

• Ausbildung extrahelikaler Schleifen auf dem Primer- oder Templatestrang

• nach DNA-Replikationsrunden, da dort Einzelstrangbereiche unvermeidlich sind

• An GC-Wiederholungen treten Lücken auf an Replikationsgabeln, bei der Reperatur oder bei der Rekombination

  • Sequenzwiederholungen erleichtern ein Gleiten von Basenpaarungen und die Ausbildung von Sekundärschleifen

= Krankheiten, die auf Vervielfältigungen von polymorphen triplett repeats basieren

• fragiles X-Syndrom

• Spinobulbar muscular atrophy

• Myotonic dystrophy

• Huntington’s disease

= DNA-Bereiche, in welchen das Zucker-Phosphat-Rückgrat intakt ist aber die Basen fehlen

= Apurin- und Apyrimidinstellen

• Säuren / hohe Temperatur spalten glycosidische Bindungen zwischen Purin- pder Pyrimidinbasen und den Desoxyribose-Resten

• Apurinstelle: Purinbase fehlt

  • am häufigsten aufgrund spontaner hydrolytischer Depurinierung (9.000/tag)

  • unter physiologischen Bedingungen selten

  • Desaminierung von Adenin: Hypoxanthin

    • paart mit Cytosin

• Apyrimidinstelle: Pyrimidinbase fehlt

  • spontan durch Hydrolyse (hydrolytische Depyrimidierung)

  • überwiegend Desaminierung von Cytosin zu Uracil, von Uracil-DNA-Glykosylase entfernt (Apyrimidinstelle) oder paart mit Adenin

• Nitrosamine

  • aus sekundären Aminen aus Abbau von proteinhaltigen Verbindungen

• Alkylsulfate und N-Nitroso-Verbindungen

  • chemische Industrie

  • Ethylmethansulfonat (EMS)

  • Dimethylnitrosamin

  • Dimethylsulfat

• Auslöser direkter Mutationen durch Falschpaarung

Schäden durch Hydroxyradikale (•OH)

• Hydroxyradikale entstehen

  • aus Wasserstoffperoxid als Nebenprodukt der Atmungskette

  • durch Einwirkung von ionisierenden Strahlen: Radiolyse von Wasser (kann zu DS-Bruch führen)

• 8-Oxoguanin kann entstehen, kann sich mit Adenin paaren (Transversion)

  • Oxidation eines DNA-Guanin-Bausteins in DNA

  • Oxidation eines freien dGTP

• karzinogen

• Entstehen durch Pyrolyse (unvollständige Verbrennung) von organischem Material

  • Kohle, Holz, Tabak, Heizöl, Benzin, Diesel

• Naphthalin eingesetzt in Azofarbstoffen, Insektiziden, Stabilisatoren, Weichmacher, Pharmaka, Kosmetikzusätze

• Werden in Hepatocyten zu wirksamen, aktivierten Agentien (Epoxide)

  • binden an DNA-Basen und bilden bulky adducts

• bilden bulky adducts an Basen

  • hydrolytische Depurinierungen

    • AP-Stellen, mögliche Falschpaarungen

  • Blockieren DNA-Replikation

    • Prokaryoten: fehlerhafter SOS-Reperaturweg

    • Eukaryoten: Checkpoint-Kontrolle

• Strahlung mit WL < 400 nm

• häufige Reaktionen benachbarter Pyrimidine

  • oft zwischen zwei Thyminen: verbinden sich zu Thymindimer

  • verzerrt DNA-Struktur

• direkte Schäden

  • Strahlen treffen direkt auf Makromolekül

  • DS-Bruch

  • ES-Bruch

• Indirekte Schäden

  • Reaktion mit Wasser in Zelle führt zu Hydroxyl-Radikalen (Hydrolyse von Wasser)

  • Cross-links durch kovalente Verknüpfung

    • eingeschränkte Mobilität

  • Zerstörung / Veränderung Basen

• Schädliche Strahlungsbestandteile:

  • korpuskuläre Strahlung (α-, β-Teilchen)

  • elektromagnetische Strahlen (Röntgen-, y-Strahlen)

1. Uracil-AP-Stellen, 8-Oxoguanine, DS-Bruch, Zwischenstrang-Crosslinks

2. UV-Schäden, unförmige Anheftungen

3. Falschpaarung, Indels

4. Uracil-AP-Stellen, 8-Oxoguanine

5. UV-Schäden, unförmige Anheftungen

6. Uracil-AP-Stellen, 8-Oxoguanine

7. Uracil-AP-Stellen, 8-Oxoguanine

Genommutation:

numerische Chromosomenaberrationen, Veränderungen in Anzahl der Chromosomen

Chromosomenmutation:

strukturelle Chromosomenaberrationen, Veränderungen in Form und Struktur der Chromosomen

Genmutationen:

Veränderung der Basensequenz

• Formen der Genommutation

• Euploidie

  • Änderung des Ploidiegrades

  • anderer Chromosomensatz

  • Haploidisierung: reduziert auf 1n

  • Polyploidisierung: Vermehrung

    • Kulturweizen, leistungsfähiger

• Aneuploidie

  • einzelne Chromosomen fehlen oder sind zusätzlich

  • Tomate, Stechapfel

• Chromosomenmutation

• Teil eines Chromosomens mit (gleich großem?) Teil eines nicht-homologen Chromosomens getauscht

• nicht reziprok: einseitig, Chromosomenteil auf anderes verlagert

Transition

• Purinbase zu Purinbase

• Pyrimidinbase zu Pyrimidinbase

Transversion

• Pyrimidin zu Purin und umgekehrt

• missense

  • andere AS

  • totaler Verlust der Aktivität möglich

• Konservativ

  • ähnliche AS

• nonsense

  • stopp-codon

• silent

  • gleiche AS

Sichelzellanämie

• Punktmutation im Hämoglobin

• Val anstatt Glu

• Konduktor nur unter Sauerstoffmangel Sichelzellenform

• Resistent gegen Malaria

Veränderung mehrerer phänotypische Merkmale hervorgerufen durch ein einzelnes Gen

Beispiel Sichelzellanämie:

Cleaved-amplified-polymorphic-sequence

• genutzt für Unterscheidung von Sorten / Rassen

  • erfassen auch heterozygote Zustände

• einzelne unterschiedliche Basen: SNP (single nucleotide Polymorphism)

  • Restriktionsenzyme mit Erkennungssequenz im Bereich der Unterschiede

• CAPS-Marker: spezifisch hergestellt

  • vervielfältigen Sequenz

  • Schneiden (bzw schneiden nicht) im Bereich mit Unterschied

• Unterschiedliche PCR-Produkte

Zweitmutation (second site reversion) an anderer Stelle

• Missense

  • 1. Mutation: ändert Kontaktstelle zu Partnerprotein

  • 2. Mutation: erlaubt erneute WW

• Nonsense

  • 1. Mutation: Stopp-Codon gebildet

  • 2. Mutation: Supression durch tRNA-Moleküle mit verändertem Anticodon: AS wird am Stopp-Codon geliefert

• Fehler während DNA-Replikation

• Umwelteinflüsse

  • UV-Licht

  • Röntgenstrahlen

  • oxidative Schäden

• chemische Veränderungen

  • Depurinierung (Apurinstelle)

  • Desaminierung

• Frage ob Mutationen zufällig oder gerichtet erscheinen

• Ergebnis: Mutationen treten zufällig und ungerichtet auf

• bei entsprechenden Umweltbedingungen begünstigt die Selektion Mutanten

• Frage ob ein ähnlicher Phänotyp zweier rezessiv vererbten Mutationen auf Mutationen im gleichen oder in unterschiedlichen Genen beruht

• gleiches Gen: Kind heterozygot, aber krank

• unterschiedliches Gen: Kind heterozygot, aber gesund

• an methylierten Cytosin

• kann spontan desaminieren

  • verliert Aminogruppe

  • wird zu Thymin

  • Nicht als DNA-fremd erkannt

  • Fixierung der Mutation bei Replikation: A als Partner eingebaut

• Säugergenom: CpG hot spots

  • Verringerung der Häufigkeit von CpG (CG) in Evolution auf ein Fünftel

prototroph = benötigt neben Mineralien nur eine metabolisierbare organische Substanz als Energie- und Kohlenstoffquelle

• wächst auf Minimalagar

auxotroph = Genprodukt fehlt, wächst nur auf Vollmedium da z.B. eine AS hinzugegeben werden muss

= Testverfahren zur Identifizierung von chemischen Mutagenen

• Salmonella mit Mutation:

  • Histidin-Auxotrophie, Histidin muss supplementiert werden

  • DNA-Reperatursystem mutiert

  • erhöhte Permeabilität der Zellwände

• Untersuchung der Rückmutationsrate der Histidin-Auxotrophie

  • Behandlung mit potenziellen Mutagen

  • Behandlung mit Leberhomogenat von Ratten: enthält Enzyme die chemikalien umsetzen zur aktiven Form

  • Mischung von S9 (Enzymen), Stamm und Mutagen

  • schauen, ob Kolonien auf Minimalmedium wachsen

• verhindert vollständige Ausbildung neuer Zellwände

  • verhindert das Quervernetzen der Peptidoglycane

• Betrifft nur sich teilende Zellen

• Resistenz

  • durch Mutation im schwachen Promotor von β-Lactamase

  • Mutation: veränderte Membranpermeabilität (keine Aufnahme)

  • Duplikation β-Lactamase-Gene