HC 4

DNA herstel en kanker

Waarom is nauwkeurige DNA-replicatie belangrijk?

Dochtercellen moeten vrijwel identieke genetische informatie erven.

Welke drie oorzaken van mutaties worden in HC4 behandeld?

Replicatiefouten, externe DNA-schade en chemische instabiliteit.

Hoe ontstaan replicatiefouten?

DNA-polymerase bouwt incidenteel een verkeerde nucleotide in.

Hoe veroorzaken externe factoren mutaties?

Ze beschadigen DNA; foutief herstel of replicatie kan een mutatie vastleggen.

Wat betekent chemische instabiliteit van DNA?

DNA-basen kunnen spontaan chemisch veranderen of verloren gaan.

Hoeveel baseparen worden volgens de samenvatting per celdeling gekopieerd?

Ongeveer 6 × 10^9 baseparen.

Hoe lang duurt DNA-duplicatie ongeveer volgens de samenvatting?

Ongeveer vijf uur.

Wat is het verschil tussen DNA-schade en een mutatie?

Schade is een laesie; een mutatie is een blijvende sequentieverandering.

Leidt iedere DNA-laesie tot een mutatie?

Nee, tijdig en correct herstel kan mutaties voorkomen.

Waarom verhoogt herhaalde celdeling het mutatierisico?

Er zijn herhaaldelijk kansen op replicatiefouten of fixatie van schade.

Wat is base misincorporation?

Inbouw van een verkeerde nucleotide tegenover de matrijs.

Wat is de aanvankelijke foutfrequentie van DNA-polymerase op de slides?

Ongeveer 10^-5 per gekopieerde base.

Hoeveel theoretische inbouwfouten ontstaan zonder correctie per celdeling?

Ongeveer 60.000 volgens de slides.

Wat is proofreading?

Directe controle en verwijdering van verkeerd ingebouwde nucleotiden.

Welke enzymatische activiteit verzorgt proofreading?

De 3′→5′-exonucleaseactiviteit van replicatieve DNA-polymerasen.

Is proofreading een geheel losstaande reparatieroute?

Nee, het is gekoppeld aan de werking van DNA-polymerase.

In welke richting verwijdert proofreading fouten?

3′ naar 5′ vanaf het pas gesynthetiseerde DNA-uiteinde.

Wat gebeurt er na verwijdering van een verkeerd nucleotide?

DNA-polymerase synthetiseert het DNA opnieuw.

Welke foutfrequentie blijft over na proofreading?

Ongeveer 10^-7 per base volgens de slides.

Hoeveel fouten blijven na polymerase en proofreading theoretisch over?

Ongeveer 600 per celdeling.

Welke DNA-polymerasen worden met proofreading-defecten geassocieerd?

POLE (polymerase ε) en POLD1 (polymerase δ).

Welke ziektebeelden kunnen kiembaanvarianten in POLE/POLD1 predisponeren?

Colorectale adenomen en carcinomen.

Welke functionele regio van POLE/POLD1 is daarbij vaak aangedaan?

Het exonuclease- of proofreadingdomein.

Waarom veroorzaken proofreadingdefecten veel puntmutaties?

Foutieve basen worden niet tijdig door de polymerase verwijderd.

Wat is de consequentie van proofreadingfalen voor genoomstabiliteit?

De mutatiefrequentie neemt sterk toe.

Waar staat MMR voor?

Mismatch repair: herstel van foutieve baseparing na DNA-replicatie.

Wanneer grijpt MMR in?

Bij mismatches die ondanks proofreading zijn achtergebleven.

Hoe werkt MMR globaal?

Herken mismatch, knip nieuw DNA weg, vul correct aan en ligeer.

Welke eiwitten herkennen mismatches volgens het slideschema?

MSH2 en MSH6 als herkenningscomplex.

Welke eiwitten coördineren herstel na herkenning?

MLH1 en PMS2.

Welke exonuclease kan het foutieve DNA-fragment verwijderen?

EXO1.

Wat doet DNA-polymerase in de MMR-route?

De verwijderde DNA-sectie opnieuw synthetiseren.

Wat doet DNA-ligase na MMR?

Het resterende gat in de DNA-ruggengraat sluiten.

Welk eiwit houdt de polymerase tijdens herstel op DNA?

PCNA (processivity clamp).

Hoeveel vermindert MMR de foutfrequentie ongeveer?

Van 10^-7 naar circa 10^-9–10^-10 per base.

Hoeveel fouten blijven op onbeschadigd DNA na alle replicatiecorrectie over?

Minder dan één fout per celdeling volgens de slides.

Wat is MMR-deficiëntie?

Onvoldoende herstel van mismatches en kleine insertie-deletielussen.

Welke vier MMR-genen komen in HC4 steeds terug?

MLH1, MSH2, MSH6 en PMS2.

Welk erfelijk syndroom ontstaat door pathogene kiembaanvarianten in MMR-genen?

Lynchsyndroom.

Wat is het belangrijkste kankerrisico bij Lynchsyndroom?

Colorectaal carcinoom.

Welke gynaecologische kanker is sterk geassocieerd met Lynchsyndroom?

Endometriumcarcinoom.

Noem andere tumoren die bij Lynchsyndroom kunnen voorkomen.

Onder andere ovarium-, maag-, pancreas- en urinewegkanker.

Hoe erft Lynchsyndroom doorgaans over?

Autosomaal dominant als aanleg; tumorvorming vereist doorgaans extra somatische inactivatie.

Wat is microsatellietinstabiliteit (MSI)?

Lengteveranderingen in korte repetitieve DNA-sequenties bij MMR-defecten.

Wat is het verschil tussen MSI en MMR-deficiëntie?

MSI is een meetbaar gevolg; MMR-deficiëntie is het onderliggende hersteldefect.

Kan MMR-deficiëntie ook sporadisch ontstaan?

Ja, bijvoorbeeld door somatische of epigenetische uitschakeling van MMR-genen.

Waarom verhogen MMR-defecten de kans op kanker?

Meer mutaties hopen zich op, ook in genen die groei controleren.

Welke bronnen van DNA-schade worden op slide 10 onderscheiden?

Leefstijl, industrie/omgeving, voedsel en medische toepassingen.

Noem twee leefstijlfactoren die DNA-schade kunnen veroorzaken.

UV-blootstelling en roken.

Waarom kunnen antikankermiddelen zelf DNA-schade veroorzaken?

Sommige chemotherapeutica werken juist door tumor-DNA te beschadigen.

Wat zijn endogene bronnen van DNA-schade?

Reacties in de cel zelf, bijvoorbeeld oxidatieve stress.

Welke vier DNA-schadecategorieën toont slide 11?

Basemodificaties, bulky laesies, dubbelstrengsbreuken en interstrandcrosslinks.

Wat is een basemodificatie?

Chemische verandering van een nucleotidebase.

Welke oxidatieve basemodificatie is in de slides afgebeeld?

8-oxoguanine.

Wat betekent bulky DNA damage?

Een omvangrijke laesie die de DNA-helix vervormt.

Welke blootstelling kan pyrimidinedimeren veroorzaken?

UV-straling.

Wat is een dubbelstrengsbreuk?

Beide DNA-strengen zijn op of nabij dezelfde plek onderbroken.

Welke blootstelling kan dubbelstrengsbreuken veroorzaken?

Ioniserende straling.

Wat is een interstrandcrosslink (ICL)?

Een covalente verbinding tussen beide DNA-strengen.

Waarom is een interstrandcrosslink gevaarlijk?

De twee strengen kunnen niet goed worden gescheiden voor replicatie.

Welk chemotherapeuticum veroorzaakt platina-DNA-adducten?

Cisplatine.

Wat zijn cyclobutaanpyrimidinedimeren (CPD)?

UV-geïnduceerde covalente verbindingen tussen naburige pyrimidinen.

Wat is een 6-4-fotoproduct?

Een ander UV-geïnduceerd covalent DNA-fotoproduct.

Hoe kan een pyrimidinedimeer DNA-replicatie verstoren?

Het vormt een laesie die gewone replicatieve polymerasen moeilijk passeren.

Wat is translesiesynthese (TLS)?

DNA-synthese langs een DNA-laesie door gespecialiseerde polymerasen.

Waarom kan TLS mutageen zijn?

Sommige TLS-polymerasen bouwen relatief vaak een verkeerde base in.

Wat is de functie van DNA-polymerase η (eta)?

Relatief nauwkeurige bypass van UV-geïnduceerde cyclobutaandimeren.

Is translesiesynthese hetzelfde als herstel van de DNA-laesie?

Nee, het is schade-tolerantie; de laesie kan blijven bestaan.

Wanneer wordt een verkeerde base-inbouw een blijvende mutatie?

Als de fout bij replicatie wordt vastgelegd en niet wordt gecorrigeerd.

Welke herstelroute verwijdert doorgaans UV-geïnduceerde bulky DNA-laesies?

Nucleotide-excisieherstel (NER).

Hoeveel basen gaan volgens de slides gemiddeld chemisch verloren per cel per dag?

Ongeveer 10.000.

Wat is depurinatie?

Hydrolytisch verlies van een purinebase uit DNA.

Welke twee basen zijn purines?

Adenine en guanine.

Wat blijft over na depurinatie?

Een abasic of AP-site zonder base.

Waarom is een AP-site gevaarlijk bij replicatie?

Er ontbreekt informatie voor correcte baseparing.

Hoe kan een AP-site leiden tot een mutatie?

Bypass of foutieve reparatie kan een verkeerd nucleotide opleveren.

Wat betekent deaminatie?

Verlies van een aminogroep van een DNA-base.

Wat ontstaat bij deaminatie van 5-methylcytosine?

Thymine.

Welke verkeerde baseparing ontstaat door deaminatie van 5-methylcytosine?

Een G:T-mismatch.

Welke substitutie kan hierdoor na replicatie ontstaan?

C:G naar T:A-transitie.

Waarom zijn methyl-CpG-locaties bekende mutatiehotspots?

5-methylcytosine kan spontaan naar thymine deamineren.

Wat gebeurt er als deze deaminaties tijdig worden hersteld?

De fout wordt verwijderd voordat een blijvende mutatie ontstaat.

Welke route herstelt kleine chemische baseschade?

Base-excisieherstel (BER).

Wat is de eerste stap bij BER?

Een DNA-glycosylase verwijdert de beschadigde base.

Wat ontstaat na verwijdering van een base door glycosylase?

Een AP-site.

Welk enzym kan de DNA-ruggengraat bij een AP-site knippen?

AP-endonuclease (bijvoorbeeld APE1).

Wat gebeurt er aan het einde van BER?

DNA-polymerase vult aan en ligase sluit af.

Noem een BER-gerelateerd glycosylase bij 8-oxoguanine.

OGG1.

Welk enzym is relevant bij MUTYH-geassocieerde polyposis?

MUTYH, een DNA-glycosylase in basenherstel.

Welke DNA-schade wordt vooral door NER aangepakt?

Volumineuze helixvervormende laesies, zoals UV-fotoproducten.

Wat is het kernprincipe van NER?

Een beschadigd DNA-segment verwijderen en opnieuw synthetiseren.

Welke erfelijke ziekte kan ontstaan door defecten in NER?

Xeroderma pigmentosum.

Wat is het kenmerk van xeroderma pigmentosum?

Extreme UV-gevoeligheid en verhoogd risico op huidkanker.

Hoe erft klassieke xeroderma pigmentosum doorgaans over?

Autosomaal recessief.

Wat is de XP-variant (XP-V)?

Defecte translesiesynthese door POLH/polymerase η, niet klassiek NER-defect.

Welk gen is geassocieerd met de XP-variant?

POLH, coderend voor DNA-polymerase η.

Welke herstelroute is relatief nauwkeurig bij dubbelstrengsbreuken?

Homologe recombinatie (HR).

Waarom is HR doorgaans relatief foutloos?

Er wordt een homologe DNA-sequentie als matrijs gebruikt.

Welke DNA-matrijs gebruikt HR bij voorkeur?

Een zusterchromatide.

Tijdens welke celcyclusfasen is HR vooral mogelijk?

S- en G2-fase, wanneer een zusterchromatide beschikbaar is.