Tema 3a: Reparació del DNA

• Tema 3a: Reparació del DNA

Consideracions inicials

• Les polimerases que reparen l'ADN són la DNA polimerasa II en procariotes i la DNA polimerasa β en eucariotes.

Possibles errors a l'ADN

• Els tautòmers són isòmers que difereixen només en la posició d'un grup funcional.
• Un tautòmer d'adenina (A) s'aparella amb citosina (C).
• En la replicació, si l'adenina (A) passa a la seva forma tautòmera, la polimerasa afegeix una citosina (C) en lloc de timina (T).
• Si es replica la cadena novament, s'obtenen dues còpies:
  • A-T: perquè l'A torna a la seva forma isomèrica normal i s'aparella correctament.
  • C-G: a causa de l'aparellament de C amb G, resulta una mutació.
• La desaminació de bases nitrogenades (BN) genera bases anòmales.
• La desaminació que genera bases anòmales sempre comporta mutacions.
• La desaminació de citosina (C) a uracil (U) implica que l'uracil s'aparella amb adenina (A) en lloc de guanina (G).
• Un cop sintetitzat, el canvi esdevé permanent ja que la maquinària de reparació no pot detectar l'errada.
• La desaminació de 5-metilcitosina a timina (T) també causa errors que la maquinària de reparació no pot detectar fàcilment.
• L'oxidació de guanina (G) a oxoguanina causa errors, ja que l'oxoguanina s'aparella amb adenina (A) en comptes de citosina (C).
• La metilació a O6 de la guanina forma O6-metil guanina, que s'aparella amb timina (T) en lloc de citosina (C).
• En regions amb seqüències repetides, es poden formar loops o bucles durant la replicació.

Mecanismes de Reparació d'Errors de l'ADN

• La reparació per escissió de base consisteix a eliminar les bases anòmales.
• Un lloc AP (apurínic/apirimidínic) és una ubicació a l'ADN que manca d'una base de purina o pirimidina, tenint només la desoxirribosa-fosfat.
• L'AP-liasa és part de la DNA polimerasa β.
• Els passos de la reparació per escissió de base són:
  • La DNA glicosilases exposa la base anòmala fora de la doble cadena d'ADN i la talla trencant l'enllaç glicosídic entre la base i la desoxirribosa, creant un lloc AP.
  • L'APEI endonucleasa talla l'enllaç de la desoxirribosa al lloc AP.
  • L'AP liasa talla l'altre extrem del lloc AP, l'enllaç del fosfat amb el filament d'ADN, creant un buit.
  • La DNA polimerasa omple el buit amb el nucleòtid complementari a l'altra cadena, i la DNA lligasa lliga la cadena.
• La llum UV pot formar dímers de timina.
• La reparació de dímers de timina per escissió de nucleòtids segueix els passos següents:
  • El complex XPC-hHR23B reconeix el dany a l'ADN (dímer de timina).
  • TFIIH (helicasa) obre la doble hèlix i RPA s'uneix per estabilitzar la cadena sense error.
  • XPF i XPG (endonucleases) tallen el fragment danyat.
  • La DNA polimerasa β sintetitza el nou fragment i la DNA lligasa cohesiona.
• El complex MutS-ADN (MSH2 i MSH6) detecta l'aparellament incorrecte.
  • L'helicasa obre l'hèlix i la DNA exonucleasa i MLH1 endonucleasa tallen el fragment amb l'error.
  • La DNA polimerasa omple el buit i la lligasa cohesiona.
• En la unió d'extrems no homòlegs (NHEJ), no s'utiliza motlle per reparar; per tant, hi ha pèrdua de nucleòtids.
• En la unió d'extrems homòlegs, només una cadena està danyada; per tant, s'utilitza l'altra com a motlle.
• Totes les proteïnes implicades en la unió d'extrems no homòlegs s'agrupen en el complex NHEJ.
• Els passos en la reparació per unió d'extrems no homòlegs són:
  • Formació i unió del complex NHEJ als extrems. KU80/KU70 actua com a helicasa i DNA-PK marca i estabilitza els extrems.
  • Altres proteïnes com XRCCA i XLF tallen els nucleòtids sobrants, causant pèrdua de nucleòtids.
  • La ligasa IV lliga els extrems.
• Si la reparació per unió d'extrems no homòlegs succeeix en:
  • Zona no codificant, no hi ha conseqüències.
  • Zona codificant:
  • Si la quantitat de nucleòtids no és múltiple de 3, hi ha un canvi en el marc de lectura de la proteïna.
  • Si és múltiple de tres, es perden alguns aminoàcids.
• Mecanisme de reparació de ruptures
  • La reparació per recombinació homòloga utilitza la cadena no danyada com a motlle i, per tant, no causa pèrdua de nucleòtids.

Malalties associades

• Certs càncers estan relacionats amb defectes en la reparació de l'ADN, per exemple, el càncer de mama hereditari amb mutacions al BRCA. També hi ha malalties com el xeroderma pigmentosum, que causa fotosensibilitat i queratomes.