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REPARACIÓN DEL ADN

• Daño: Se refiere a cambios químicos en el DNA.• Mutación: Se refiere a cambios en la secuencia de bases del DNA.

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 ADN generando especies altamente reactivas que rompen una o ambas cadenas.

Agentes Químicos

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

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

Metilación o acetilación de las bases en los átomos (O/N) que participan en la formación de puentes de H, desestabiliza la doble hélice de DNA y hace esa zona susceptible a mutación.

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

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

1) Cambios de una base: afectan la secuencia, pero no la estructura total del DNA. Ellos no afectan la transcripción o replicación, cuando las cadenas del DNA dúplex se separan. Así estos cambios ejercen su daño sobre futuras generaciones a través de las consecuencias del cambio en la secuencia del DNA.

Errores en la replicación

Desaminación100 al día

2)Distorsiones estructurales: ellas causan un impedimento físico a la replicación y transcripción. Un ejemplo muy estudiado es la formación de dímeros de pirimidinas. Otros ejemplos son la introducción de enlaces covalentes entre bases de cadenas opuestas y la adición 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 segmento de la agregación dañado se mantiene en el ADN y continua causando problemas estructurales, induce mutaciones o ambas, hasta que se retira.

Sitio apúrico (AP)

5000 al día

MECANISMOS DE REPARACION

1- Sistemas de Reparación directos • Enzimas que revierten directamente el daño.• Por estos mecanismos se reparan: metilación de guanina, y en algunos

vertebrados dímeros de pirimidína. No intervienen nucleasas ni ADN-polimerasas.

• Fotoreactivación (ruptura de los dímeros de pirimidinas por acción de una fotoliasa (phr) activada mediante luz visible).

2- Sistemas de Reparación IndirectaHay intervención de nucleasas y ADN-polimerasas. Se necesita hebra “molde”

perteneciente al mismo cromosoma o al homólogo.

Reparación por Escisión (BER , NER, MMR) • Reparación de nucleótidos(NER) aislados por lesión UV: necesita la otra

hebra como templado (hasta 30 bp). Intervienen las endonucleasas uvrA,B,C y la helicasa uvrD.

Además de foto productos, repara lesiones voluminosas (bulky) que distorsionan la conformación del dúplex y que obstaculizarían la transcripción y replicación.

• Reparación de bases modificadas (BER).- Repara casos de alteraciones puntuales en bases nitrogenadas (lesiones NO voluminosas) producidas por alquilación, oxidación o desaminación. Se origina un “sitio AP” y luego se retira el nucleótido “AP” y se re sintetiza la hebra)

Reparación post- replicativa

• Reparación del apareamiento (MMR) (“mismatch repair”):

Su principal tarea es remover bases mal aparadas y pequeños “loops” introducidos por inserciones / deleciones durante la replicación

una metilasa reconoce DNA recientemente replicado (dam) e intervienen las proteínas “mut” (helicasas, etc). En otros organismos pueden ser otras señales.

Reduce los errores de replicación de 10-7 a 10-10 pb / replicación

… Reparación post- replicativa

• Recombinación Homóloga (HR) Reparación de ambas cadenas Usa ADN homólogo como templado y es altamente exacto Más activo durante la Fase S y G2

Unión de extremos no homólogos (NHEJ) Reparación de ambas cadenas No usa ADN templado y generalmente se pierden algunos

nucleótidos. Más activo en la Fase G1

1)Reparación Directa de Daño al DNA

Fotoreactivación

• Sistema de reparación acttivado por presencia de luz.

• Fotoliasa.-Detecta al DNA dañado y se une a éste. La enzima absorbe luz azul y se activa. Rompe los enlaces covalentes entre los dímeros de timina.

• La enzima se disocia y se separa del DNA.

Reparación por escisión de Bases (BER)

1) Iniciado por DNA glicosilasa específica 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 ligasaDe acuerdo al tipo de glicosilasa que inicie el mecanismo puede

seguir distintas vías de reparación

2)Reparación Indrecta de Daño al DNA

Reparación por escisión de Nucleótidos (NER) Escinucleasa uvrABC realiza este tipo de reparación en dímeros de timina, otros fotoproductos y bases dañadas.

Escinucleasa (246 kDa) está compuesta por tres subunidades (A, B y C)

UvrA se une al DNA en la región dañada.

UvrB/UvrC tienen actividad de endonucleasa y corta en los lados adyacentes de la cadena liberando un oligonucleótido

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

E.coliSistema Uvr ABC: Remoción de 12ntEucariotaRemoción de 24-29 nt

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

Mecanismos de reparación cuando las dos cadenas se dañan

Unión de extremos no homólogos (NHEJ)

Recombinación Homóloga

Reparación por recombinación

Reparación sujeta a erroresInducción del sistema SOS

Activado por el frenado del complejo replicativo por daño en el DNA no reparado

Desacoplamiento de replicación de cadena líder y retrasada

•Activación de proteína Rec A por unión a DNA de cadena sencilla

•Rec A (coproteasa)Degradación de Lex A (represor transcripcional)

•Activación de transcripción de alrededor de 40 genes

Los de productos de umuC y umuD forman las subunidades de la

DNA polimerasa V

•Se observa una alta tasa de mutación

RecA se une a DNA de cadena sencilla

En resumen….

Tipo de Daño

Tipo de Reparación

Agente causal

www.sdsc.edu/journals/mbb/ruva.html

Actividad de RuvA