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Control del Ciclo Celular y Reparación del ADN Depto. Biofísica Facultad de Medicina ESFUNO ESCUELAS, UTI BCyT 2018

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Control del Ciclo Celular y

Reparación del ADN

Depto. Biofísica

Facultad de Medicina

ESFUNO ESCUELAS, UTI BCyT 2018

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• 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

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• A través de la citometría de flujo se puede estudiar la

respuesta a diversos agentes en poblaciones celulares

normales y mutantes.

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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.

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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.

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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

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• 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.

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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).

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• 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.

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Detención del ciclo celular en G1 por inducción de

p21

Tiempo para reparar los daños producidos en el ADN antes de

entrar a S

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• 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

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• 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

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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).

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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”.

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• 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

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• 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.

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• 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).

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•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

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• 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

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• 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

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• 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

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EPR: reparación con error, EFR: reparación sin error. Los

signos (-) indican deficiencias de reparación (mutantes).

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• 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

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• 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).

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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