REPARACIÓN DEL ADN

Existen múltiples maneras para dañar el ADN…

Agentes Físicos:

• Radiación UV solar Dimerización de pirimidinas (T·T, C·T y C·C.)

• Rayos X y gama Ionizan a las moléculas que rodean el ADNgenerando especies altamente reactivas que rompen una o ambascadenas.

Agentes Químicos

• Naturales P. Ej. Toxinas que forman aductos covalentes con el ADN

• Sintéticos Etilmetanosulfonato EMS (acetilación), Nitrosaminas(metilación)

Metilación o acetilación de las basesen los átomos (O/N) que participanen la formación de puentes de H,desestabiliza la doble hélice de DNAy hace esa zona susceptible amutación.

…. Y estos daños solamente conducen a una mutación cuando no son reparados

4

Lesiones del DNA que requieren reparación

Lesión del DNA Causa

Pérdida de una base Eliminación de purinas por ácidos y calor (en el genoma

humano, hidrólisis espontánea de 10.000 enlaces

glucosídicos/día )

Base alterada Radiaciones ionizantes, agentes alquilantes, especies

reactivas de oxígeno (ROS: O2-., HO., H2O2)

Base incorrecta Desaminación espontánea (C pasa a U y A pasa a

hipoxantina), errores en la replicación no corregidos por

exo 3’-5’)

Deleción/Inserción Agentes intercalantes (naranja de acridina, proflavina)

Dímeros de pirimidina Radiación UV

Rotura de las cadenas Radiación ionizante, agentes químicos (bleomicina)

5

oxidación hidrólisis

metilación no controlada

El tamaño de las flechas indica la frecuencia relativa de cada acontecimiento

Estas alteraciones conducen a ladespurinación o desaminación de la doble cadena de DNA

Alteraciones espontáneas que requieren reparación del DNA

Los tipos de daño que desencadenan los sistemas dereparación se pueden dividir en dos clases generales:

1) Cambios de una base

Errores en la replicación

Desaminación100 al día

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Desaminaciónde bases

adenina hipoxantina

guanina xantina

citosina uracilo

timina

no hay desaminación

5-metil citosina timina

Fig 5-52 .- Biología Molecular de la Célula 4ª ed., Alberts y col.

2)Distorsiones estructurales: dímeros de pirimidinas. Otros ejemplos sonla introducción de enlaces covalentes entre bases de cadenas opuestas y laadición de aductos.

Entrecruzamiento covalente de pirimidinas adyacentes en la

misma cadena de DNA.

Generalmente son timinas.

Alquilación

Depurinación

La característica común de todos estos cambios que el segmentode la agregación dañado se mantiene en el ADN y continuacausando problemas estructurales, induce mutaciones o ambas,hasta que se retira.

Sitio apúrico (AP)

5000 al día

MECANISMOS DE REPARACION

1- Sistemas de Reparación directos a. fotorreactivacion: eliminación

de dímeros de pirimidina

Enzima encargada es la fotoliasa

• remocion del metilo en O6 de guanina (la metilacion se porduce por agentes alquilantes

Sistemas de Reparación Indirecta

Reparación por Escisión (BER , NER, MMR)

Reparación por escisión deNucleótidos (NER)

Escinucleasa (excinucleasa, hidrólisis dedos enlaces fosfodiéster) uvrABC reparadímeros de timina, otros fotoproductosy bases dañadas.

Escinucleasa (246 kDa, subunidades (A,B y C)

UvrA se une al DNA en la región dañada.

UvrB/UvrC tienen actividad deendonucleasa y corta en los ladosadyacentes de la cadena liberando unoligonucleótido

La región “vacía” es rellenada por unaDNA polimerasa I y sellada por una DNA

ligasa.

Reparación por escisión de Bases (BER)

1) Iniciado por DNA glicosilasaespecífica reconoce el daño, corta la unión glicosílica entre base y azúcar y se forma el sitio AP

2) Sitio AP reconocido por AP endonucleasa (corte 5’ de AP).

3) Fosfodiesterasa (corte 3’).

4) DNA polimerasa rellena el gap DNApol I (E.coli), DNA pol (mamíferos).

5) DNA ligasa

Reparación post- replicativa

Su principal tarea es remover bases mal aparadasy pequeños “loops” introducidos por inserciones /deleciones durante la replicaciónuna metilasa reconoce DNA recientementereplicado (dam) e intervienen las proteínas “mut”(helicasas, etc). En otros organismos pueden serotras señales.

E.coli genes mut S, L, H

Reemplaza hasta 1kbMetilación diferencial (dam, dcm)

MutS reconoce el mismatch

MutH distingue ambas cadenasCorte en GATC en la cadena no metilada

Mut L coordina actividad de Mut S y H

En eucariotas homólogos de proteínas Mut

Reparación del apareamiento MMR (mismatch repair”): )

19

Reparación de roturas de doble cadena

Las roturas de doble cadena son potencialmente letales

Causas de rotura de doble hebra

• Radiaciones ionizantes

(rayos g, rayos X)

• Especies de oxígeno reactivas

• Quimioterápicos (bleomicina)

20Fig 23-32 .- Biología Celular y Molecular 5ª ed., Lodish y col.

DNA-PK: Proteína quinasa

dependiente de DNA

Proteína KU: ATPasa

dependiente de DNA con

actividad helicasa

Unión de extremos no-homólogos

KU desenrrolla los

extremos del molde hasta

que regiones muy cortas

(2-6 pb) puedan aparearse

p. ej.: nucleasas; eliminan los

extremos no apareados

Se eliminan pb

21

ATM: proteína quinasa

activada por rotura de

cadena doble

Unión de extremos homólogos:

recombinación homóloga

Un filamento nucleoproteíco

busca la secuencia homóloga

de DNA doble sobre la

cromátida hermana

RAD51: conduce el

apareamiento de DNA

homólogos e invasión de

cadenas

22

23

La proteína p53 detiene el ciclo

celular si el DNA está dañado

Fig

17

-33

.-

Bio

log

ía M

ole

cula

r d

e la

Cél

ula

4ª

ed.,

Alb

erts

y c

ol.

24

Fig

23

-23

.-

Bio

log

ía C

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y M

ole

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r 5

ª ed

., L

od

ish

y c

ol.

La quinasa ATM activa p53

25

Enfermedades asociadas con alteraciónes en el sistema

de reparación por unión de extremos homólogos

ANEMIA DE FANCONI

Síntomas: Anomalías de desarrollo (infertilidad, deformidades esqueleto)

Anemia

Elevada predisposición a padecer leucemia mieloide

CÁNCER DE MAMA HEREDITARIO

Por deficiencia en BRCA-1 y BRCA-2

ATAXIA TELANGIECTASIA

Inestabilidad genómica, Disfuncióin del sistema inmune

Predisposición a padecer linfomas, leucemias.

Producida por alteraciones en la proteína quinasa ATM

26Biología Celular y Molecular 5ª ed., Lodish y col.

8.2.1 Sitios “AP”Genéricamente se entiende por “sitio AP” un punto del genoma (ADN) que ha sufrido la pérdida espontánea de la base nitrogenada; en este caso la base se “desengancha” de la ribosa generándose un sitio (AP) “apurínico” o “apirimidínico” (según la base que se pierda). Se calcula que en una célula humana se generan al día unos 5.000 sitios AP. La polimerasa encuentra dificultades para replicar una zona donde hay un sitio AP, por lo que la alteración debería repararse antes de que la horquilla replicativa o la maquinaria transcripcional alcance esa zona.