DNA-schade
Onder DNA-herstel wordt verstaan het proces waarbij een cel schade aan zijn DNA-moleculen opspoort en herstelt.
In cellen beschadigen normale stofwisselingsactiviteiten en omgevingsfactoren zoals UV-licht en straling het DNA. Er zijn wel een miljoen moleculaire beschadigingen per cel per dag. Veel van deze beschadigingen veroorzaken structurele schade aan het DNA-molecuul en kunnen het vermogen van de cel om het aangetaste gen te transcriberen veranderen of elimineren. Andere beschadigingen veroorzaken potentieel schadelijke mutaties in het genoom van de cel, die van invloed zijn op de overleving van de dochtercellen van de cel na de deling. Het DNA-herstelproces moet voortdurend actief zijn zodat het snel kan reageren op elke beschadiging van de DNA-structuur.
De herstelsnelheid van het DNA hangt af van vele factoren, waaronder het celtype, de leeftijd van de cel, en de extracellulaire omgeving. Een cel die veel DNA-schade heeft opgelopen, of een cel die schade niet meer effectief herstelt, kan in een van de volgende drie toestanden terechtkomen:
DNA-schade met meerdere chromosoombreuken tot gevolg
DNA reparatie
De snelheid waarmee DNA wordt hersteld, hangt af van vele factoren, waaronder het celtype, de leeftijd van de cel en de extracellulaire omgeving. Veel genen waarvan aanvankelijk werd aangetoond dat zij de levensduur beïnvloeden, blijken betrokken te zijn bij het herstel en de bescherming van DNA-schade.
Schade en mutatie
DNA-schade en mutatie zijn fundamenteel verschillend.
- Beschadigingen zijn fysieke afwijkingen in het DNA, zoals enkel- en dubbelstrengsbreuken. DNA-beschadigingen kunnen door enzymen worden herkend, en dus worden gerepareerd. Voor reparatie is de onbeschadigde sequentie in de complementaire DNA-streng of in een homoloog chromosoom nodig. Als een cel DNA-beschadigingen behoudt, kan de transcriptie van een gen worden verhinderd, waardoor ook de vertaling in een eiwit wordt geblokkeerd. Ook de replicatie kan worden geblokkeerd of de cel kan afsterven.
- Een mutatie is een verandering in de basevolgorde van het DNA. Een mutatie kan niet door enzymen worden herkend zodra de baseverandering in beide DNA-strengen aanwezig is, zodat een mutatie niet kan worden gerepareerd. Op cellulair niveau kunnen mutaties leiden tot veranderingen in de functie en regulering van eiwitten. Mutaties worden gerepliceerd wanneer de cel repliceert. In een celpopulatie zullen mutantcellen in frequentie toe- of afnemen, afhankelijk van de effecten van de mutatie op het vermogen van de cel om te overleven en zich te reproduceren.
Hoewel zij van elkaar verschillen, zijn DNA-beschadigingen en mutaties met elkaar verwant omdat DNA-beschadigingen vaak fouten in de DNA-synthese veroorzaken tijdens de replicatie of reparatie; deze fouten zijn een belangrijke bron van mutatie. DNA-beschadigingen in frequent delende cellen zijn, omdat zij aanleiding geven tot mutaties, een belangrijke oorzaak van kanker. Daarentegen zijn DNA-beschadigingen in weinig delende cellen waarschijnlijk een belangrijke oorzaak van veroudering.
2015 Nobelprijs onderzoek
De Nobelprijs voor scheikunde 2015 ging naar drie wetenschappers die elk een deel van het DNA-reparatieverhaal hebben ontdekt.
- Tomas Lindahl FRS, die Zweeds is en in het VK werkt, ontdekte een mechanisme dat base excision repair wordt genoemd. Het gaat de afbraak van DNA tegen.
- De in Turkije geboren Aziz Sancar, professor aan de Universiteit van Noord-Carolina, vond een andere DNA-reparatie die nucleotide-excisie reparatie wordt genoemd.
- De Amerikaan Paul Modrich, aan de Duke University in North Carolina, toonde aan hoe cellen DNA-fouten corrigeren die tijdens de celdeling optreden. Dit mechanisme, dat mismatch repair wordt genoemd, resulteert in een 1000-voudige vermindering van de foutfrequentie wanneer DNA wordt gerepliceerd.
Vragen en antwoorden
V: Wat is DNA-herstel?
A: DNA-herstel is het proces waarbij een cel schade aan zijn DNA-moleculen, veroorzaakt door normale metabolische activiteiten en omgevingsfactoren zoals UV-licht en straling, identificeert en corrigeert.
V: Hoeveel moleculaire beschadigingen kunnen er per cel per dag optreden?
A: Er zijn wel een miljoen moleculaire beschadigingen per cel per dag.
V: Wat kan structurele schade aan de DNA-molecule veroorzaken?
A: Structurele schade aan de DNA-molecule kan het vermogen van de cel om het aangetaste gen te transcriberen veranderen of elimineren.
V: Wat kunnen potentieel schadelijke mutaties door DNA-laesies veroorzaken?
A: Potentieel schadelijke mutaties veroorzaakt door DNA beschadigingen kunnen de overleving van de dochtercellen van de cel na deling beïnvloeden.
V: Waarom moet het DNA-herstelproces voortdurend actief zijn?
A: Het DNA-herstelproces moet voortdurend actief zijn, zodat het snel kan reageren op eventuele schade in de DNA-structuur.
V: Welke factoren kunnen de snelheid van DNA-herstel beïnvloeden?
A: Veel factoren kunnen de snelheid van het DNA-herstel beïnvloeden, waaronder het celtype, de leeftijd van de cel en de extracellulaire omgeving.
V: Wat kan er gebeuren met een cel die veel DNA-schade heeft opgelopen of een cel die niet langer effectief schade herstelt?
A: Een cel die veel DNA-schade heeft opgelopen, of een cel die niet langer effectief schade herstelt, kan in een van drie toestanden terechtkomen.
