PERBAIKAN DNA KHUSUS

Affina Musliha

Sekar Arumsari

Suryanata Kesuma

Sistem Perbaikan DNA Khusus

Deaminasi Basa

Oksigen Reaktif

Alkilasi Ultraviolet

DEAMINASI BASA

Deaminasi Basa

Beberapa basa nukleotida penyusunDNA dapat dihilangkan secara spontan(alami) atau menggunakan bahankimia

Deaminasi basa DNA akanmenyebabkan mutasi gen karena adakesalahan pasangan DNA

Deaminasi adenin → hipoxantin

Deaminasi guanin → xantin

Deaminasi sitosin → urasil

Deaminasi Basa Secara Spontan

Bahan Kimia Penyebab Deaminasi Basa

Hidroxilamin (NH2OH)

• Memodifikasi gugus C dengangugus hidroksil (OH), sehinggaakan berpasangan dengan A, bukan dengan G

• Menyebabkan perubahanpasangan GC-menjadi-AT

• In vitro (digunakan untukmemutasi DNA murni atau virus)

• Tidak bisa memasuki sel

• Perbaikan DNA oleh enzim uracil-N-glycosylase

Bahan Kimia Penyebab Deaminasi Basa

Bisulfit (HSO3-)

• Deaminasi sitosin menjadi urasil (pH dan suhu tertentu)

• Biasanya terjadi pada untai tunggal DNA

• Digunakan untuk site-directed mutagenesis

• Basa C yang sudah dikonversi menjadi basa U akan terdeteksi sebagai basa T , sedangkan basa T yang termetilasi akan terdeteksi sebagai basa C

Bahan Kimia Penyebab Deaminasi Basa

Asam Nitrat (HNO2)

• Menghilangkan gugus amino dari basa A dan G

• Menyebabkan perubahan maupun penghilangan daripasangan basa GC-menjadi-AT dan AT-menjadi-GC

• Bisa deaminasi basa G, C, dan A(1) HNO2 deaminasi guanin untuk produksi xantin, yang memiliki kesamaan situs

pasangan basa dengan G. Tidak ada mutasi yang terjadi.

(2) HNO2 deaminasi sitosin untuk produksi urasil, yang menimbulkan transisi

ikatan CG-menjadi-TA.

(3) HNO2 deaminasi adenin untuk produksi hipoxantin, yang berpasangan dengan

sitosin, yang menimbulkan transisi ikatan AT-menjadi-GC.

Deaminasi Basa Akibat Asam Nitrat

Perbaikan DNA Akibat Deaminasi Basa

DNA glikosilase

• Memecah ikatan glikosil diantara basa nukleotida dangula yang rusak

• Bekerja sesuai mekanismereplikasi DNA

• Enzim AP endonuclease dapatmemotong posisi dekat basapirimidin (C/T) maupun purin(A/G). Setelah memotongbagian 3’OH, akan digunakansebagai primer kemudian DNA polimerase I akan sintesis DNA baru dengan basa normal.

AP liase –menghilangkan basadan memotong DNA pada bagian 3’OH

AP endonuklease– memotongbagian gula 5’P DNA yang hilang

Perbaikan DNA Akibat Deaminasi Basa

Perbaikan DNA Akibat Deaminasi Basa

5-metilsitosin

• Metiltransferase (transfer gugusmetil setelah DNA disintesis)

• Fungsi: melindungi DNA daripemotongan enzim endonucleaserestriksi dan meregulasi ekspresigen pada organisme tingkat tinggi

• Kesalahan pasangan basa GT akibat deaminasi dari 5-metilsitosin tidak ditemukan padauntai DNA yang baru

5’CCWGG3’

3’GGWCC5’

AT/TA

5’CmCWGG3’

3’GGWCmC5’Dcm

Mekanisme 5-metilsitosin (very short-patch repair)

Vsr endonuklease (gen vsr) mengenali kesalahan pasangan basa (GT)

Pengenalan Vsr endonuklease membentukcelah (nick) pada untai tunggal DNA

Basa T dihilangkan dan DNA polimerase I mensintesis untai DNA tersebut dengan pasangan basa yang tepat (basa C)

• Hanya memperbaiki kesalahan pasangan basa GT

• Penggunaan perbaikan dengan cara Vsr terbatas, hanya terjadi apabila metilasitidak terjadi pada sekuens DNA tersebut

• Gen vsr terletak pada downstream dari Dcm metilase

OKSIGEN REAKTIF

Pendahuluan

• ROS (Reactive Oxygen Species) menggambarkan adanya molekul reaktif dan radikal bebas yang berasal dari molekul oksigen

• ROS sangat merugikan bagi organisme aerob• ROS merupakan produk dalam transfer elektron

pada mitokondria• Oksigen rentan pada pembentukan radikal ?

atom oksigen memiliki 2elektron yang tidak berpasangan dalam suatu orbit yang terpisah dari kulit elektron terluarnya

Pertahanan sel terhadap ROS

• Superoxide dismutase (SOD)– First discovered ROS metabolizing enzyme

– Several metal containing SODs characterised (Cu, Mn & Zn)

• Catalase - Peroxidase– Catalase Promote disportionation of H2O2

– Peroxidase use H2O2 to oxidize number of compounds

Mutasi akibat ROS & Protein Untuk Perbaikan

8-oxoG • 8-oxoG merupakan 7,8-dihydro-8-oxoguanine yang teroksidasi

• 8-oxoG merupakan salah satu lesi yang paling mutagenik

• Radikal bebas menyebabkan DNA termutasi spontan karena DNA polimerase III mispair dengan adenin

• Untuk mengurangi mutasi spontan (efek mutagenik) akan diproduksi enzim mutM, mutY, dan mutT

Sistem Perbaikan ROS

ALKILASI

Alkilasi

• Penambahan gugus alkil (CH3, CH3CH2, dll) pada basa atau fosfat DNA.

• Gugus yang reaktif: N7 pada guanin, N3 pada adenin, O4 pada timin, O6 padaguanin.

• Agen pengalkilasi:

– Etil Metanasulfonat (EMS, gas mustard nitrogen), Metil Metanasulfonat (MMS) dan N-metil-N'-nitro-N-nitrosoguanidin (NTG/MNNG).

– Reagen elektrofilik (contoh: cisplatin)

– Metil klorida, Metil urea (diproduksi alami)

Contoh Alkilasi

Mekanisme Perbaikan DNA

Mekanisme Perbaikan: N-glikosilase Spesifik

• Mekanisme perbaikan N-glikosilase spesifik

– Basa yang teralkilasi dibuang dengan N-glikosilase spesifik

– Rantai DNA apurinik/apurimidinik dipotong dengan endonuklease AP.

– DNA polimerase I meresintesis rantai DNA.

• Jenis N-glikosilase

• TagA (three methladenine gycosylase A) menghilangkan basa 3-metiladenin dan beberapa basa teretilasi dan termetilasi terkait.

• AlkA, kurang spesifik, tidak hanya menghilangkan 3-metiladenin dari DNA juga menghilangkan basa teralkilasi lain seperti 3-metilguanin dan 7-metilguanin.

Mekanisme Perbaikan: Metil Transferase

• Mekanisme:– Mentransfer metil atau gugus alkil lain dari basa yang berubah dalam DNA ke

mereka sendiri. – Setelah transfer, protein menjadi inaktif dan langsung didegradasi. – Memperbaiki kerusakan pada O4 timin dan O6 guanin.

• Jenis metil transferase :– Ada (alkil transferase I)– Ogt (alkil transferase II)

Mekanisme Perbaikan: AlkB dan AidB

• Mekanisme perbaikan AlkB:– Oksidasi gugus metil pada 1-metiladenin dan 3-metilsitosin ke

formaldehid, melepasnya dan menggantikan dengan basanormal.

• Mekanisme perbaikan AidB belum diketahui. Didugamencegah kerusakan alkilasi dengan melindungi DNA danmerusak agen pengalkilasi DNA yang akan mencapai DNAtarget.

Mekanisme Perbaikan: Respon Adatif

• Produk gen-gen ini secara normal disintesis dalam jumlah sedikit, tetapi mereka diproduksi dalam jumlah yang lebih besar jika sel dipaparkan ke agen alkilasi.

• Respon adaptif gen berperan untuk resistensi agen pengalkilasi yang mentransfer gugus metil ke DNA, sementara resistensi terhadap agen pengalkilasi yang mentransfer gugus yang lebih panjang (seperti etil) pada DNA lebih dikarenakan sistem perbaikan eksisi.

Regulasi Respon Adatif

• Gen yang merupakan bagian dari respon adaptif: ada (bagian dari operon bersama alkB), aidB, alkA dan alkB.

• Protein Ada (aktivator transkripsi) memiliki dua asam amino yang gugus metilnya dapat dipindahkan, yaitu sistein-321 (asam amino ke-321 dari ujung N terminal dan sistein-38 (asam amino ke-38 dari ujung N terminal).

ULTRAVIOLET

-Ultraviolet (UV) radiation: -Uncontrollable environmental factorthat alters DNA sequences

-Type of electromagnetic radiation that has a shorter wavelength than that of the visible light.

-Three types of UV radiation:- UV-A (400nm-315nm): found in black lights- UV-B (315nm-280nm): most dangerous type- UV-C (280nm-200nm): germicidal

Sistem Perbaikan UV

Lesi Utama Akibat UV

CPD 6-4 Dewar dimer 6-4PP

Cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) dan 6-4 photoproducts(6-4 PPs)

-Lesi pada DNA disebabkan karena paparan UV

-Memungkinkan mengakibatkan terjadinya kanker pada kulit

-Memicu apoptosis karena paparan UV (sel kekurangan NER)

-Bisa menghambat replikasi dan transkripsi

-Namun tetap ada perbaikan DNA

Two major photoproducts account for nearly all of the UV induced DNA damage are:

a) Cyclobutane pyrimidine dimer- 75% of the UV induced damage. Formed by introducing 2 new bonds between adjacent pyrimidines (C & T) on the same DNA strand.

b) (6-4) photoproducts- Remaining of the UV induced damage. Formed by introducing a bond between the c-6 atom of one pyrimidine & the c-4 atom of atoms of adjacent pyrimidine on the same DNA strand.

Repair DNA Photoreactivation

Sistem Perbaikan ROS