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Las mutaciones pueden ser el resultado de una incorporación incorrecta de bases durante la replicación o producto de cambios químicos espontáneos o debidos a la exposición de agentes químicos y/o radiaciones

Friedberg

modelo de corrección de prueba de la ADN polimerasa ❧ La fidelidad en la replicación es crucial

para la reproducción celular.❧ Se estima que la frecuencia de errores

durante la replicación corresponde a una base cada 109 a 1010 nucleótidos incorporados.

❧ Este frecuencia es mucho más baja que la predecida en base a la complementaridadde las bases.

❧ Esto se debe a las propiedades de la DNA polimerasa.

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Reparación del ADN

❧ Las mutaciones son cambios estables en la estructura del ADN

❧ Los mutágenos pueden ser compuestos químicos o radiaciones

❧ El ADN es reparado mas que degradado❧ Una de las causas del cáncer es una

deficiencia en la maquinaria de la reparación

❧ Los organismos están sometidos a una serie de injurias (daños) y se activa una serie de respuestas, entre ellas el detenimiento del ciclo celular y/o la apoptosis

❧ Como consecuencia y de acuerdo al tipo de daño sufrido se inicia el mecanismo de reparación del ADN

❧ Los sistemas de reparación en procariotes y eucariotes son homólogos

Mecanismos de ReparaciónTipos de Daño

❧ Deaminación de Bases● Remoción del grupo amino (citosina-uracilo)

(adenina- hipoxantina) (guanina-xantina)● Problema de mal apareamiento, transmisión de una

mutación● Agentes que causan deaminación

• Calor (37ºC)• Hidroxilamina (in vitro, citosina)• Bisulfito (citosina simple cadena)• Ácido Nitroso (aditivos alimenticios; adenina y guanina)

Mecanismos de ReparaciónTipos de Daño

❧ Daño por Especies Reactivas del Oxígeno● Una consecuencia del crecimiento en aerobiosis es la

exposición de macromoléculas a especies reactivas del oxígeno

• Superóxido, peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilos, 8-oxiG

❧ Alquilación de Bases● Adición de grupos metilos

• Puede ocurrir como una respuesta normal, o por mutágenos• O4 timina, N7 metilguanina, N3 adenina, N7 guanina, O6 O4

metilguanina• Mal apareamiento

Mecanismos de ReparaciónTipos de Daño

❧ Lesiones Voluminosas y Aductos● Factores ambientales

• UV (dímeros ciclobutano, pirimidinas)

❧ Ruptura de Doble Cadenas● Factores ambientales

• Rayos X, Rayos gama, Agentes reactivos

Daños del ADNA y causas

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CarcinogenosClases de Mecanismos de

Reparación

❧ Reversión directa del daño.❧ Remoción de bases dañadas y reemplazo

con ADN sintetizado de novo.

Mecanismo de Excisión

❧ Es el mecanismo de reparación más importante en el hombre.

❧ El ADN dañado es reconocido, removido ya sea como bases libres o como nucleótidos, y el hueco es llenado a través de la síntesis de nuevo ADN utilizando la cadena complementaria.

Mecanismo de Excisión

❧ Reparación por escisión de bases (BER)❧ Reparación por escisión de nucleótidos

(NER).❧ Reparación por mal apareamiento.

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NER

❧ NER remueve un trozo de ADN que contiene el daño.

❧ El oligonucleótido removido es de 29 bases.❧ Xeroderma pigmentosum (XP) es una

enferme-dad caracterizada por la extrema sensibilidad de la piel a la radiación UV.

❧ Las células de estos pacientes son deficientes en la reparación del ADN.

NER

❧ El paso de reparación por escisión de nucleó-tidos (NER) está involucrado en varios tipos de daños de ADN

❧ La reparación es más rápida y más completa en aquellas secuencias que son transcriptas activa-mente por polimerasa II. Estos dos pasos se conocen como reparación asociada a la trans-cripción (TCR) y reaparación global del geno-ma (GGR)

NER (humanos)❧ Básicamente intervienen seis proteínas, algunas

de ellas formadas por múltiples subunidades.❧ XPA, RPA, XPC-hHR23B, TFIIH, XPG ,

ERCC1-XPF.❧ XPC reconoce el error, TFIIH posee actividad de

helicasa, XPG corta en 3´ y XPF en 5´.❧ El fragmento que incluye al daño es removido y

la Polδ⁄ε❧ XPC es la proteína con menor participación en el

proceso de NER. Es el único factor complementario que no es indispensable en TCR

TFII H

❧ El factor de transcripción basal TFII H está compuesto de nueve subunidades, dos de las cuales, (XPB y XPD) son helicasascon polaridades opuestas.

Xeroderma Pigmentosum

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❧ XP es una enfermedad rara recesiva y autosómi-ca que se caracteriza por la extrema sensibilidad de la piel a la luz solar.

❧ Comparado con individuos normales pacientes XP tienen un riesgo 1000 veces mayor de desarro-llar cáncer en áreas de la piel expuestas al sol.

❧ En estos pacientes se encuentra alterada la repa-ración de daños del ADN inducidos por la luz UV como consecuencia de mutaciones en genes que forman parte del mecanismo de reparación cono-cido como reparación por excisión de nucleótidos

XP❧ El desarrollo del cáncer de piel es un proceso

que consiste en varias etapas iniciadas cuando UV produce daño en el ADN tal como dimerosde pirimidina ciclobutano (CPD) y fotopro-ductos 6-pirimidina-4-pirimidina (6-4)PPs.

❧ En respuesta al daño, se inician una serie de mecanismos de defensa, tales como reaparación de ADN, inducción de p53 (apoptosis o detención del ciclo celular)

XP

❧ Aproximadamente 80% de los pacientes XP han sido clasificados en siete grupos de acuerdos a los genes defectuosos.

❧ Estos pacientes poseen defectos a nivel de NER.

❧ Existen otros, un 20%, que han sido designados como XP-variantes (XPV) cuyo defecto es a nivel postreplicativo.

XP

❧ Mutaciones en XPD y XPB (helicasas) pueden originar diferentes cuadros clínicos: XP, XP combinado con síndrome de Cockayne (CS) o trichotiodistrofia(TTD).

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Características clínicas de sindromes relacionados con NER

Características XP XP-CS CS TTD

Piel sensible al UV ++ ++ + b + bCáncer de piel ++ + - -Degeneracion neuronal primaria ± c - - -Neurodismielinización - ++ + +Retraso mental ± c + + +Enanismo ± c + + +Cabello y uñas quebradizas - - - +Ictiosis - - - +

Síndrome de Cockayne

❧ Es muy raro (menos de 200 casos).❧ Células CS tienen una sensibilidad similar a

la UV como las células XP.❧ Los defectos moleculares se manifiestan en la

reparación de genes que se transcriben.❧ Dos grupos: CS-A y CS-B.

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Mismatch repair

❧ Este sistema reconoce bases mal comple-mentadas resultante de la replicación.

❧ Rastrea ADN recién replicado, identifica la complementaridad errónea y remueve la base errónea en la nueva cadena.

❧ En E.coli identifica la nueva cadena pues ésta todavía no se encuentra metilada en GATC (A es la que se metila).

Reparación por Mal Apareamiento ❧ Errores en la replicación así como cambios en

las bases provocan mal apareamiento que son reparados por MMR

● Originalmente conocido como methyl mismatch repairpor estar involucrada la enzima Dam metilasa de Ecoli

• GATC (la adenina se encuentra metilada en bacterias que poseen Dam metilasa)

• Mutantes dam poseen incrementada su tasa de mutación• Los genes MutS, MutH y Mut l están involucrados

Reparación por Mal Apareamiento

❧ Mutaciones en MSH2 y MLH1 están asociadas a el cáncer colorectal sin poliposis hereditario (HNPCC).

❧ Se puede observar en las células tumorales una inestabilidad de microsatélites (MSI)

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Rupturas de doble cadena (DSB)❧ DSB se producen por el efecto de radiaciones ionizantes

y durantes ciertos procesos de recombinación específicos como la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune.

❧ Los eucariotes poseen dos sistemas diferentes de reparación: recombinación homóloga y la unión de terminaciones de ADN no homólogos (NHEJ).

❧ Este último proceso es el que predomina en mamíferos.❧ Esto se podría deber a que existen numerosas secuencias

repetitivas que podrían ocasionar amplificaciones o deleciones génicas si HR fuese común

Tutt y Ashworth

❧ Alrededor del 10% de los tumores de mama tienen un componente familiar.

❧ Entre estos encontramos alrededor de un 15-20% con mutaciones en BRCA1 o BRCA2

❧ Cuando existen 6 o más miembros de una familia con tumores de mama el % asciende al 80%.

❧ Ratones deficientes en BRCA2 presentan aberraciones cromosomales.

Patel et al

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Rupturas de doble cadena (DSB)❧ DSB se producen por el efecto de radiaciones ionizantes y

durantes ciertos procesos de recombinación específicos como la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune.

❧ Los eucariotes poseen dos sistemas diferentes de reparación: recombinación homóloga y la unión de terminaciones de ADN no homólogos (NHEJ).

❧ Este último proceso es el que predomina en mamíferos.❧ Esto se podría deber a que existen numerosas secuencias

repetitivas que podrían ocacionar amplificaciones o deleciones génicas si HR fuese común

Rupturas de doble cadena (DSB)

❧ DSB se producen por radiaciones ionizantes.❧ Ataxia telangiectasia (AT) y el síndrome de

Nigmegan son productos de deficiencia en la reparación de DSB.

❧ DSB también ocurre durante la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune.

❧ Esto podría explicar la prevalencia de tumores linfoides en AT y NBS.

Reparación de uniones terminales de ADN no homólogos

Ataxia Telangiectasia

❧ Rasgos clínicos: ataxia cerebelar progresiva, deficiencia inmune, telangiectasia oculocutáneasensibilidad a las radiaciones ionizantes.

❧ Autosómico recesivo (1/3000.000).❧ 10-20% riesgo de desarrollar la enfermedad

usualmente linfomas (60%) o leucemias (30%).❧ Aberraciones cromosomales: rupturas, huecos,

trnslocaciones (7:14 en 5-15%)

Ataxia Telangiectasia

❧ Gen ATM (11q22-23) 66 exones, más de 300 mutaciones.

❧ La función es detectar dobles rupturas y activar ciertos puntos de control del ciclo celular.

❧ Los heterozigotas tienen mayor riesgo de cáncer especialmente de mama.

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Síndrome de Ruptura de Nijmegan (NBS)

❧ Rasgos clínicos: baja estatura, microcefalia progresiva y aumento en el riesgo de cáncer especialmente linfomas.

❧ Autosómico recesivo.❧ Muy similar a AT.❧ Más común en poblaciones de Europa del

Este.

Síndrome de Ruptura de Nijmegan (NBS)

❧ Inversiones y translocaciones 7:14.❧ Gen NBS1 (8q21) codifica para nibrina,

quee estaría asociada a proteínas de la maquinaria de reaparación.

❧ Posible incremento de cáncer en los heterozigotas.

Anemia Fanconi

❧ Autosómico recesivo (1/360.000).❧ Ruptura espontánea de cromosomas.❧ 8 grupos (A-H) (A y C clonados; A: 69%).❧ FAA (16q24.3) y FAC codifican para

proteínas de función no conocida.❧ Los rasgos clínicos incluyen fallas en la

médula ósea. Malformaciones renales, cardíacas, miembros.

Anemia Fanconi

❧ Los heterezigotas poseen mayor riesgo de cáncer.

Síndrome de Bloom

❧ Autosómico recesivo (prevalece en judíos ashkenazi).

❧ Alta frecuencia de rupturas en cromosomas.

❧ BLM (15q26) miembro de la familia RecQ(helicasa). La ausencia de la proteína desestabiliza a otros factores involucrados en la reparación.

Síndrome de Bloom

❧ Sígnos clínicos: bajo peso al nacimiento deficiencia en el crecimiento, defectos severos inmunológicos.

❧ 20% desarrolla neoplasmas; leucemia, linfomas y otros tipos de carcinomas.

❧ Los heterozigotas no poseen mayor riesgo de cáncer.

❧ Expectativas de vida: no más de la adultez.

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Síndrome de Werner

❧ El síndrome de Werner es una enfermedad autosómica recesiva causante de un envejecimiento prematuro.

❧ El gen involucrado codifica para una proteína cuya función es de helicasa.

❧ Las mayoría de las mutaciones encontradas se encuentran en la región codificantedando como resultado una terminación prematura.

Síndrome de Werner

❧ La proteína incompleta no es capaz de localizarse en el núcleo.

❧ Células de pacientes con SW tienen una vida media menor en cultivo que las células normales.

Síndrome de WernerSindrome de Werner

Relación entre la longevidad y capacidad de reparación

hombre

Elefanteindia

Vaca

Hamsster

Rata noruega

Ratón de campo

Musaraña

Log. Dec.Potencialmáximo de años de vida

2.0

1.0

0 2 4 6

Tasa relativa de reparación