control del ciclo celular y reparación del adn · control del ciclo celular y reparación del adn...
TRANSCRIPT
Control del Ciclo Celular y
Reparación del ADN
Depto. Biofísica
Facultad de Medicina
ESFUNO ESCUELAS, UTI BCyT 2018
• La transición de una fase del ciclo a la siguiente requiere que
se completen una serie de eventos:
bioquímicos
morfológicos y
genéticos
• Son genes que controlan la inducción y activación de
complejos ciclina-cdk.
Control del Ciclo Celular
• A través de la citometría de flujo se puede estudiar la
respuesta a diversos agentes en poblaciones celulares
normales y mutantes.
El ADN de una célula está igualmente expuesto a agentes
exógenos que lo pueden dañar de forma directa o indirecta.
Para evitar la inestabilidad genómica que comprometa la
sobrevida celular, los eucariotas cuentan con un mecanismo de
vigilancia.
El checkpoint, que coordina e integra los diferentes aspectos de
la respuesta celular frente a la presencia de lesiones en el
genoma.
Él checkpoint cuenta con una serie
de sensores que detectan el daño y
generan una señal que, mediante la
acción de proteínas adaptadoras, se
transmite hasta los efectores.
Finalmente, los efectores actúan
sobre una serie de dianas, distintas
dependiendo de la fase del ciclo
celular en la que se produce el daño,
que son las responsables de las
diferentes respuestas celulares.
Entre las respuestas derivadas de la activación del checkpoint se encuentran:
•El bloqueo o retraso de la progresión del ciclo celular hasta que se complete
la reparación del daño que causó la activación del checkpoint.
•La activación de la reparación a distintos niveles, como son la inducción
transcripcional de genes de reparación, activación directa de proteínas de
reparación y relocalización de factores de reparación hacia los sitios de daño.
•La estabilización de las horquillas de replicación que detuvieron su avance
por las lesiones, así como la regulación de la reanudación de la síntesis de
ADN después de eliminar el daño.
•En el caso de eucariotas superiores, la activación de rutas de apoptosis
cuando no es posible reparar el daño
• Las células tumorales descienden de un ancestro común por
el inicio indebido de un programa de división celular.
• La transformación maligna de una célula acontece por
acumulación de mutaciones en genes específicos agrupados
en 2 familias:
Protooncogenes: dirigen la producción de proteínas
como ciclinas y factores de crecimiento, que estimulan la
proliferación celular. Cuando mutan se transforman en
oncogenes, orquestando la multiplicación anárquica de
las células.
Supresores tumorales: que en el organismo sano
controlan la proliferación celular.
Cuando no están presentes o se encuentran inactivos por
mutaciones, las células dejan de crecer normalmente y
adquieren propiedades proliferativas anormales.
• Los supresores tumorales frenan la progresión del ciclo en
forma reversible o irreversible, a través de la inhibición directa
o indirecta de los complejos ciclina-cdk.
• Gen p53 (control G1/S): desempeña un papel importante en
apoptosis y control del ciclo celular. Su mutante luego de
irradiada no detiene su progresión en el ciclo (mutación,
amplificación génica y transformación maligna).
• Una vez activado p53:
o bien podrá inducir un
paro en el cc para
permitir la reparación
o inducirá apoptosis
para eliminar el daño
en la célula.
• Síndrome de Li-Fraumeni: los individuos con este síndrome
tienen un mayor riesgo para desarrollar cánceres primarios
múltiples, donde un 50% de los pacientes muestran una
mutación del genTP53.
Detención del ciclo celular en G1 por inducción de
p21
Tiempo para reparar los daños producidos en el ADN antes de
entrar a S
• Las lesiones producidas en el ADN por distintos agentes
pueden repararse con cierta probabilidad, dependiendo de
factores:
genéticos
metabólicos
ambientales
• Involucran sistemas enzimáticos y se encuentran presentes
desde virus hasta mamíferos, incluso células tumorales.
• Importancia de la reparación:
estabilidad del genoma
mutagénesis – biodiversidad
envejecimiento (acumulación de errores)
transformación maligna
muerte celular
• Mecanismos simples de reparación (reversión directa del
daño). Dentro de este se encuentra:
Reparación por foto-reactivación.
Reparación de bases alquiladas.
• Mecanismos complejos de reparación:
Reparación escisional (de nucleótido, de base, de base
mal apareadas).
Reparación recombinacional.
Reparación post-replicativa.
Reparación del ADN
Reparación por Foto-reactivación
• Repara dímeros de bases
producidos por UV, a
través de la absorción de luz
visible para romper los
enlaces covalentes.
• Las enzimas asociadas son
fotoliasas que reconocen la
lesión.
• Conservada en la escala
biológica desde virus a
mamíferos (no presente en
humanos).
Reparación de Bases Alquiladas
• La metilación de la guanina, cuyo producto O6-metilguanina,
forma pares de bases complementarias con la timina, en lugar
de citosina.
• La reparación se lleva a cabo por una “enzima suicida”.
• Repara lesiones producidas por
radiación UV, roturas simples
y de doble cadena.
• Implica:
Reconocimiento y
demarcación de la lesión
Separación del segmento
marcado
Corte del segmento
Síntesis de nueva porción
por polimerasas
Unión a la cadena por
ligasas
Escisión de Nucleótido
• En humanos, el trastorno conocido como Xeroderma
pigmentosum se caracteriza por la incapacidad de reparar los
dímeros de timina producto de la exposición a UV.
• Mutación autosómica
recesiva.
• Se caracteriza por:
Hipersensibilidad a
radiaciones UV.
Alta incidencia de
cáncer de piel.
• El Síndrome de Cockayne puede servir como elemento de
conexión entre dos modelos actuales que explican el
envejecimiento:
deficiencia en la reparación (con baja probabilidad de error)
acumulación de lesiones por radicales libres (principalmente en
genoma e interfases: membranas mitocondrial y nuclear).
•El reconocimiento de los desapareamientos se basa en la
distorsión de la doble hélice.
•Se reconoce la hebra recién sintetizada y se elimina la base mal
apareada.
Reparación de Bases Mal Apareadas
• Involucrada en la reparación de roturas dobles de cadena
(DSBs) en el ADN producidas por radiaciones ionizantes y
radiomiméticos.
• El modelo actual implica el reconocimiento de las DSBs por
complejo enzimático ATP-dependiente, catalizando el
intercambio entre secuencias homólogas.
• En las células eucariotas es necesaria la presencia de las
proteínas Ku que permiten el intercambio con secuencias no
homólogas (lo que llevaría a la mutación).
Reparación Recombinacional
• Reconoce errores en la hebra de ADN recientemente
sintetizada y sin metilar.
• En procariotas este tipo de reparación se llama respuesta
SOS y se pone en marcha para resolver un daño tan grave
que la muerte celular es la única alternativa.
Replicación Post-replicativa
• Entre los más importantes a nivel poblacional:
Análisis de sobrevida y rendimiento mutagénico en función
de la dosis
Distintos tipos de lesiones pueden detectarse con
electroforesis de distintos tipos y cromatografía
Métodos de Estudio de Reparación
EPR: reparación con error, EFR: reparación sin error. Los
signos (-) indican deficiencias de reparación (mutantes).
• La comparación de cepas salvajes con mutantes sensibles
a nivel de sobrevida y mutagénesis permite sacar
conclusiones sobre:
los sistemas de reparación involucrados y su magnitud
así como de las relaciones entre vías de reparación
• La técnica de electroforesis por campos pulsados
transversales y alternados (TAFE) permite detectar dobles
roturas de cadena en el ADN.
se hace migrar el ADN de
células tratadas y no tratadas
sobre una matriz en respuesta a
un campo eléctrico
el número de DSBs dependerá
de la relación entre los picos
(tratados vs controles)
asumiendo la distribución de
Poisson).
Densitogramas de ADN y corrida correspondiente, t = 0h.
control (wt, mutantes)
wt +[BLM] = 0.5 µg/ml
chk1/chk1 +[BLM] = 0.5 µg/ml
rad17/rad17 +[BLM] = 0.5 µg/ml