FOR FULL MASKIN: Slik ser en celle ut. Den arbeider konstant med å produsere proteiner. (Bilde: Institutt for molekulær biologi/Universitetet i Bergen. )

DNA-skader repareres

Tenker helhetlig

Tradisjonelt har forskere studert funksjonen til enkeltgen i en isolert prosess. Trenden er å forsøke å sette sammen informasjon om funksjonen til et gen eller proteiner fra ulike kilder, til ett felles datasett .

Bioinformatikk binder sammen biologiske disipliner med datateknologi, matematisk modellering og statistisk analyse. Ved hjelp av bioinformatikk blir ulike komplekse datasett integrert og organisert slik at data lettere kan tolkes og brukes til å fremsette hypoteser om geners funksjon og samvirkning i en hel celle og hele organismer.

Data som prøves å integreres gjennom bioinformatikk er:

Genomikk
En "oppskalert" versjon av molekylærbiologisk analyse hvor man studerer all genetisk informasjon i en levende organisme samtidig.

Transkriptomikk
Studier av alle mRNA og nivået av disse som finnes i en celle til en hver tid.

Proteomikk
Studier på hvilke proteiner som er tilstede i en celle til en hver tid, hvor mye av proteinet som finnes i hver enkelt celle, deres struktur, deres proteinpartnere og lokalisering.

Fenomikk
Viten om fenotyper; dette er informasjon om sluttproduktet av alle prosesser i en celle og konsekvensene av cellulære endringer – hvordan hele organismen ser ut og hva den gjør





Byggesteinene

Celle:
I cellekjernen finnes kromosomene som består av et ca. 2 m langt DNAmolekyl oppkveilet rundt proteiner slik at det får plass i en cellekjerne som er 3 til 10 mikromillimeter i diameter. Membranen rundt kjernen er avbrutt med porer hvor proteiner, RNA og andre molekyler, transporteres inn og ut av kjernen. Utenfor cellen ligger ribosomer (proteinfabrikker) og mitokondrier (kraftstasjoner).

DNA:
Forkortelse for deoksyribonukleinsyre. DNA utgjør arvematerialet. DNA er et langt molekyl bestående av et sukker og fosfat og en av de fire basene A, T, G og C i lange sekvenser. To DNA-tråder er tvunnet sammen til en spiralformet dobbeltkjede (dobbeltheliks).

Gen:
Den genetiske koden beskriver hvordan kombinasjoner av tre og tre baser i DNAet oversettes til de 20 ulike aminosyrene som er byggesteinene i proteiner.

RNA:
Ribonukleinsyre er kjemisk sett svært likt DNA. I cellene finnes det mange ulike typer RNA og de fyller mange forskjeller oppgaver, men en hovedoppgave er å formidle genetisk informasjon videre til ribosomene.

Proteiner:
Proteiner er kjedemolekyler som er bygget opp av 20 forskjellige aminosyrer. Koden til hver aminosyre utgjøres av tre baser (A, T, G eller C) i DNA. Protein kan bestå av alt fra 50 til flere tusen aminosyrer. Proteiner er de utøvende molekylene i cellene som bygger opp og brytes ned bestanddelene i cellene. Proteiner er også essensielle bestanddeler i strukturer som gir form til celler.

Bioteknologisenteret

Bioteknologisenteret i Oslo (BiO) er et senter for molekylær biologi, bioteknologi og bioinformatikk og er en del av Universitetet i Oslo. Ved senteret forskes og undervises det på doktorgradsnivå. BiOs mål er å være et fremragende forskningssenter med et ungt, dynamisk og internasjonalt anerkjent spissforskningsmiljø innen cellulær kommunikasjon

Ennå skjønner vi ikke helt hvordan de takler alle skader, men den dagen vi gjør det, vil vi forstå mer av kreftgåten.

Det er ikke bare eksterne påvirkninger som UV-stråler som skader DNA.

Normale bestanddeler i cellene våre utgjør også en stor kilde til DNA-skade. Molekyler vi tenker på som ufarlige, slik som vannmolekyler, kan reagere med DNA.

En annen stor kilde til skade er ulike, svært reaktive molekyler, som dannes fra oksygen under energiomsetningen i mitokondriene (cellenes kraftstasjoner.)

Proteiner overvåker

Men selv om DNA blir skadet mer enn 10.000 ganger hver dag som følge av disse prosessene, oppstår det sjelden mutasjoner som kan gi opphav til sykdommer. Årsaken er at det finnes proteiner som kontinuerlig overvåker og reparerer DNA. Når dette går galt kan sykdommer som kreft oppstå.

For å forstå hvordan cellene takler skadene som oppstår, er det nyttig å vite hva cellene våre egentlig består av.

Sentralt i cellen er cellekjernen hvor vi finner DNA-molekylet.

I DNA-molekylet finnes den genetiske koden. Den inneholder informasjon om hvordan cellene kan lage ulike typer proteiner som er nødvendige for å bygge opp, og bryte ned, cellens bestanddeler og hvordan de skal kommunisere med andre celler.

Proteinfabrikker

Utenfor cellekjernen ligger ribosomene som kan kalles proteinfabrikker.

For å produsere proteiner er ribosomene avhengig av å få overført informasjon fra DNA. Til denne jobben brukes mRNA-molekyler. mRNA kopierer informasjonen fra genene i DNA-molekylet og bringer denne videre til ribosomene utenfor cellekjernen.

Et skadet DNA-molekyl kan fore ribosomene med feilaktig informasjon. Dette kan føre til produksjon av endrede proteiner eller til at proteiner ikke blir produsert i det hele tatt.

Overvåkningssysystem

Sensorproteiner er proteiner som overvåker DNA og som oppdager når deler av et DNA er skadet.

Når sensorproteinene har oppdaget DNA-skade, sendes et faresignal videre til andre proteiner som tolker og oversetter signalet. Dan kan det settes i gang prosesser som forsøker å reparere skaden og samtidig hindre cellen i å dele seg før skaden er reparert.

Mutasjoner kan oppstå dersom DNA-skader ikke blir reparert før cellene igjen deler seg. Dersom disse reaksjonene ikke er tilstrekkelig til å rette opp skadene, vil cellen aktivere et program som ender med at cellen dør, dvs at den tar selvmord.

Norsk forskning

Ved Universitetet i Oslos Bioteknologisenter, arbeider en forskningsgruppe med å forstå hvordan en DNA-skade som oppstår spontant, blir identifisert, signalisert og reparert. Gruppen ledes av Hilde Nilsen.

Et mål er å finne ut hvilke av de 30.000 genene kodet for av DNA som er involvert i beskyttelse mot spontane DNA-skader, og hva slags funksjon de har. Til dette brukes genetisk analyse i små mark.(Caenorhabditis elegans).

Ved å forstå hvordan disse mekanismene normalt fungerer, og hvilke proteiner som er involvert, håper man å identifisere sykdomsmarkører og terapeutiske målmolekyler som kan brukers i behandling og diagnose av blant annet kreft.