Mecanismo de Reparación del ADN (12/11/2024) PDF
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Este documento resume los mecanismos de reparación del ADN, incluyendo la reparación por escisión de una base y otros temas relacionados con la reparación de errores.
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Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2:...
Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz Tema 5.2: MECANISMO DE REPARACIÓN DEL ADN Continuación de la clase anterior ecordamos que lo que hemos visto en las últimas clasesdeteoríahasidocomocambiaelADN R puntualmente dando lugar a mutaciones. No todas las mutaciones que afectan el ADN genómico humano se quedan y se transmiten, muchas deellassereviertenysereparan.Aquípodemosver todos los mecanismos de reparación de daño del ADN. nlaclaseanteriorvimoselprimermecanismoqueactuabademaneradirectasobreeldaño.Este E es un daño leve en el que secambianquímicamentealgunasposicionesdelasbases,sobretodo etilacionesymetilaciones;entérminosgeneralesseobtienencomoalquilaciones.Elsistemaconsiste en proteínas codificadas por genes del genomacuyafunciónesdetectaresoscambiosquímicosy revertirlos, el mecanismo se denomina reparación directa. La ventaja es que no depende de polimerasas, lo que hace que el cambio se revierta inmediatamente.Sinembargo,elproblemade estemecanismoesquesesaturaelsistemademanerapuederepararciertoniveldedaño,perosiel daño es excesivo el sistema no es capaz de repararlo. 1. Reparación por escisión de una base areparaciónporescisióndebaseactúaenparaleloconelsistemadereparacióndirecta,yaquese L encargadeaquellospuntosquenopuedenserreparadosporelmecanismoanterior.Apartirdeeste mecanismo la clave está en resintetizar con polimerasa la región dañada, eliminamos lo queestá dañado y volvemos a sintetizar la cadena complementaria que ha incorporado el daño. Todos los mecanismos a partir de ahora dependen de las polimerasas. 1 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz 1.1. Reparación por escisión de una base (BER) n este mecanismo el tipo de daño que se repara coincide con el mecanismo anterior: E modificaciones químicas de las bases, fuentes endógenas y exógenas que dependen de las oxidacióndelabases,despurinación(sepierdelabasepúricaalcompletodemaneraespontánea), desaminaciones (pérdida de los grupo aminos de las bases nitrogenadas). n primer lugar, se reconoce el daño y una enzima con capacidad de interaccionar con ADN y E eliminaresabasenitrogenadadañada,interviene.Seguidamente,labaseseeliminaporestaenzima con actividad glicosilasa, que corta el enlace entre las bases nitrogenadas y la desoxirribosa. Se genera por tanto, un sitio apurínico si se ha eliminado una purina,ounsitioapirimidínicosiseha eliminado una pirimidina. La enzima se va porque ya no la necesitamos. continuación,intervieneunaendonucleasa(enzima)quereconoceelsitioapurínicooapirimidínico A (AP) y corta ambos lados de este sitio AP, eliminando esa desoxirribosa. Por lo tanto, esa endonucleasa cortalosenlacesfosfodiéster,quitandoladesoxirribosa,esdecir,eliminaeldañopor completo en dos fases: primero se elimina la base dañada y luego, la desoxirribosa. omo se muestra en la imagen superior, hay quetenerencuentaqueparapoderllevaracabola C síntesisdelADNnecesitamos:3’-OHdisponible(sitiodeanclaje/cebador),cadenadeADNenestado monocatenario, polimerasas y nucleótidos. apolimerasavaacomenzararesintetizarunazonaenconcreto,paraelloleeunabaseeincorpora L el nucleótido correspondiente. Ahora, junto con la polimerasa actúa una especie de helicasa con capacidadendonucleasa(FEN1)quevalevantandolosnucleótidosdelazonaporsiacasohubiera daño alrededor, caminandoensentido5’-3’.Unaseccióndeentornounos8-10nucleótidossevan despegando (como si se levantaran, proceso denominado flat por la similitud a las alas de los aviones)porlaaccióndelahelicasaconcapacidaddecortedelADNyesapolimerasavaañadiendo losnucleótidos.Estabasedañadaylos8-10nucleótidosqueestánhaciaelextremo3’seríannuevas bases que sehansintetizadoporlalecturadelacadenamolde.Porúltimosesellaporunaligasa, entre el bloque de nueva síntesis y la que ya teníamos sintetizada. 2 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz regunta clase: ¿Si estos errores son tan comunes, en una PCR la polimerasa no podría P perderse? Sí, efectivamente. En la PCR se usan polimerasas modificadas termoresistentes de bacterias (generalmente),aúnasípuedencometererroresporincorporarbasesincorrectas,peroalgenerarun montón de copias lo esperado es que los errores estén distribuidos al azar y se queden diluidos. regunta clase: ¿Y qué pasa si ese error ocurre en el primer ciclo de la PCR? P Cualquier mutación; en un cigoto o en la PCR, que ocurran en los primeros estadíos pueden ser fatales,porqueelrestodecélulasvanateneresasmutaciones.Unejemplodeellosonlasmujeres embarazadasquenopuedensometersearadiación,yaquepodríandesencadenarmutacionesenel cigoto. 1.2. Reparación por escisión de un nucleótido (NER) stos mecanismos reparan daños mayores como puede ser los E dímeros de pirimidinas (timina/citosina). En este caso,eldímeroes detimina,quesedaporlaaltaexposiciónaluzultravioleta,enelque las timinas adyacentes en la misma cadena se fusionan formando enlaces covalentes, envezdeformarpuentesdehidrógenosconla cadena complementaria. El hecho de tener ese tipo de daño se considera grave y cuando nos exponemos a la luz ultravioleta no ocurre solo en un punto determinado, sino a lo largo del ADN. ecordamos que la formación de estos dímeros impide que las R polimerasas puedan replicar y transcribir. 3 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz osecambianunaspocasbases,sinounsegmentodenucleótidosqueseeliminanporcompletoy N se reparan. Siendo segmentos que varían entre 20-30 pares de bases. l proceso es el siguiente: un complejo de másde16proteínasreconocelaregióndañadadonde E hayunasecciónquenoformapuentesdehidrógenodebidoaestosdímerosdepirimidinas.Apartir deaquí,sedesnaturalizaporlahelicasaTFIIHestaseccióndelADNbicatenarioygeneramosADN monocatenario. Dentro de este complejo de proteínas tenemos las que son capaces de cortar la cadena que está dañada y los estabilizadores (bolitas color morado de la imagen inferior) que se encargandeprotegeralaregióndeADNnodañadaporlasnucleasas.EstaregióndeADNqueno tiene ningún daño es importante ya que sirve de molde monocatenario para que las polimerasas resinteticen esta región. ste mecanismo se puede dar en una sección de ADN dañado o incluso ADN que está siendo E sometido en ese momento a transcripción, por lo que actúa tanto en regiones sometidas a transcripción, como las que no lo están. Parte del genoma se estará desplegando para que las polimerasasdeARNsinteticenARNmensajero.Eldañoporpartedelaluzultravioletapuedeocurrir en ese momento en el que el ADN está desnaturalizadoyesaregiónseestátranscribiendohacia ARNanivellocal;sihaydañoenestemomento,estosfactoresdetranscripcióntambiénintervienen para detectar elpropiodañoyrepararlo;entreotrascosasporquecuandolaARNpolimerasatiene queleerestaseccióndañadanolavaainterpretardemaneraadecuada,yaquenoescapazdever que hay dos timinas porque están formando enlaces covalentes. continuación, si la región que hay que proteger, está protegida, las endonucleasas cortan esta A cadenadañadaaambosladosyelresultadoseríalaeliminacióndelazonadañada.Ahoratenemos unaregión3´-OH,ADNmoldemonocatenarioynucleótidos,lonecesarioparaquelaspolimerasas de alta fidelidad (delta y epsilon) puedan resintetizar. regunta clase: En el mecanismo de reparación por escisión de una base, ¿Cuántos P nucleótidos se quitan? 10 nucleótidos como máximo. reguntaclase:Sivieneunglicosilasaaeliminarlabase,luegounaAPendonucleasaelimina P ladesoxirribosa,peroluegoelimino10nucleótidos,¿porquénosehaceconelmecanismode reparación por escisión de nucleótidos directamente? Por el tipo de proteínas que reconocen el daño, es decir, este complejo de proteínas que se ha mencionado,sonespecíficasparareconocereldaño.NointeresaenningúnmomentotenerelADN enestadomonocatenario(salvocuandoestásiendosometidoareplicaciónotranscripciónenelque hay muchas proteínas avanzando por la horquilla y protegiendo que no se degraden porpartede nucleasas),yaquesedebenevitarestetipodesituacionesparaquenohayacortesinesperados.En estemecanismosevadesplegandoysevaextendiendoyenningúnmomentohayunasecciónde ADN monocatenario susceptible a degradación por nucleasas. En resumen, la maquinaria de proteínas especializadas encargada de corregir este daño lo hace por reparación de escisión de basesylomásimportanteespreservarentodomomentolahebramoldeyaquesiocurreunerroren esta, se estaría generando cada vez una doble rotura de ADN. 4 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz nconclusión,elmecanismoBER(BaseExcisionRepair)yNER(NucleotideExcisionRepair),sobre E todo el BER, funcionan paraintentarresolverproblemasdelareparacióndirecta.Esimportante recalcarqueestosmecanismosNOfuncionanindependienteselunodelotroytrabajanenparalelo, (se pueden tener metilaciones en una sección del genoma y en otra tener despurinaciones). 2. Reparación de emparejamiento erróneo (MMR) Ahora nos centraremos en daños producidos por la propia replicación del DNA. aspolimerasascometenciertoserroresytienencapacidaddecorregirdichoserrores,sinembargo, L algunos de esos cambios que se producendemaneraerróneaseescapan.Esporelloquedeben haber mecanismos que vigilen la acción de las polimerasas y modifiquen esas posibles incorporaciones erróneas de bases que no han podido sercorregidas.Eltérminomismatch(desu nombreeninglés)quieredecirqueexistenparesdebasesquesonincorporadoserróneamentepor las propias polimerasas a medida que van sintetizando. nelesquemaquemuestraacontinuaciónestárepresentadoelMMRenbacterias(escherichiacoli), E pero en humanos sería algo similar. ) Por un lado tenemos la cadena antigua (old a DNA), que servirá como molde; y la cadena de nueva síntesis (new DNA) (cualquier cromosoma que se está replicando antes de que la célula se divida). Lapolimerasahaincorporadodeformaerróneauna uaninaenlugardeunaAdenina,locualocurreamenudodurantelasíntesisyreplicación G de ADN; algunas de las bases que se introducen no son las correspondientes. 5 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz regunta profesor: ¿Cómo se detecta cuál de las dos bases hay que eliminar? P Si hay un emparejamiento erróneo de bases se podría resolver el problema de dos maneras: - Quitarlatiminayponercitocinaenlacadenainferior(esdecir,modificarlacadenamolde)y tendríamos un par de bases GC. - Quitar la guanina y poner adenina en la cadena superior (es decir, modificar la nueva cadena) y tendríamos un par de bases AT. acélulapodríaoptarporambosmecanismosparacorregirelerror,sinembargo,estonoocurreal L azaryaquelacadenaquehayquerepararesaquellaqueNOestámetilada,esdecir,lacadena de nueva formación. regunta profesor: ¿Por qué ocurre de esta manera? P Durante la síntesis de la nueva cadena ocurre lo siguiente: El DNA tiene regiones de nucleótidos CpG o CG en los que la citosina se puede metilar o no. (Nuestras cadenas bicatenarias de DNA están metiladas en ambas posiciones). Vamos a pensar en una doble cadena en la que ambas citocinas están metiladas. CLARACIÓN: Si vemos CpG nos estamos refiriendo a esa cadena de DNA A monocatenario, sin embargo, sivemosCGpodemospensarenlaformaciónde puentes de hidrógeno entre la citosina y guanina. La “p” hace que nos refiramos a la cadena y no a un par de bases CG. reguntaprofesor:¿Quévaaocurrirsiestasdoscadenassedesnaturalizanporquecomienza P la replicación del DNA? Tendremoslacadenasuperiorparaquelaspolimerasaslaempleen como molde para sintetizar la complementaria, (el 3’OH sirve de puntodeanclajeparalapolimerasa).EnellugardelaCseinserta unaGyenellugardelaGunaC.Comoestoacabadeocurrir,la citocina que se incorpora no tiene el grupo metilo (la metilación ocurre a posteriori). Y ahí es donde actúa este mecanismo (MMR). or tanto, tenemos que la cadena antigua actúa como molde y P cuyacitocinaestámetilada;ylanuevaqueaúnnoestámetilada.Y es por ello porloquelacadenaqueseeligeparaserreparadaeslaqueNOestámetilada,es decir, la nueva, ya que la antigua está metilada. ) El mecanismo MMR reconoce la región y sabe b que la cadena sin metilar es la denuevasíntesis. Ahí es donde hay que reparar para corregir el daño. En bacterias, las regiones que se metilan son de adenina(GATC):enlacadenaantigua(enverde)la adenina está metilada, mientras que enlacadena nueva no. 6 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz horaelMMRtieneunaseriedeproteínasquereconocenlaregiónhemimetilada(regiónenlaque A una cadena está metilada y la otra tiene que metilarse) y la repara: - MutH: (en amarillo): proteína que reconoce la región hemimetilada. - MutS: reconoce la región desapareada. - MutL:actúadepuentedeuniónentreMutH(quehareconocidolaregiónhemimetilada)yel punto de daño en el DNA. ste complejo de proteínas reconoce cuál delasdoscadenasestádañadayacontinuaciónactúa E una endonucleasa que produce un corte en la cadena a reparar, la de nueva síntesis. En el esquema está representado como “Nick”. c ) Ahora actúan las exonucleasas a partir de ese corte producido por la endonucleasa comentada anteriormente. Estas exonucleasas eliminan los nucleótidosdelacadenadenuevasíntesisentre el corte y la región desapareada. Ahora nos queda un modelo similar al mecanismo anterior (NER) en el que tenemos una cadena monocatenaria quecorrespondealacadenamolde que ha quedado intacta. ) La DNA polimerasa actúa añadiendo los d nucleótidos correspondientes de nuevo (con la esperanzadequenolosincorporeerróneamentede nuevo) y la ligasa sella el DNA. Por tanto, se ha re-sintetizado esta región en la que, donde antes habíaunaguaninacolocadadeformaerróneaenla cadena de nueva síntesis, ahora hay una adenina que es complementaria a la timina de la hebra molde. 3. Recombinación de dobles roturas quíseaumentaelniveldegravedadencomparaciónconlosdosmecanismosanteriores.Haydos A mecanismos involucrados: - Recombinación homóloga (HR) - Unión de extremos no homólogos (NHEJ) 3.1. Recombinación homóloga (HR) IntervienesiempreycuandolaroturasehayaproducidotraslareplicacióndelDNA,existiendoasí dos cromátidas hermanas. 7 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz regunta profesor: ¿Por qué únicamente tras la replicación del DNA? P Al replicarse, se obtienen dos cadenas bicatenarias idénticasporquesoncromátidashermanas.Al tener dos cromátidas idénticas y una de ellas se daña por una incidenciaderadiaciónionizantey dobleroturadelDNA,esadobleroturaocurreenlamismacadenaenunpunto,peronoocurraenla otra cadena en ese mismo punto. aclavedeestemecanismoesutilizarlacromátidahermanaintactacomomoldepararepararla L cadena que ha sufrido la doble rotura. ) La doble rotura de la cadena es reconocida por 1 proteínas que funcionan a modo de recombinación homóloga. ) Una de las proteínas implicadas son exonucleasas 2 que degradan una de las cadenas por el extremo 3’ para que queden extremos monocatenarios a partir de esa doble rotura. ) Ahora ocurre un evento de invasión de esas regiones 3 monocatenarias de la cadena dañada en la cromátida molde. Se intercambian las cadenas de DNA entre cromátidas, formando puentes de hidrógeno con las cadenas correspondientes a las que se unen. ) Los DNA polimerasas usan el mismo molde que ha 4 quedadointactoparairsintetizandoorellenandoconlos nucleótidos correspondientes los huecos que han sido degradados por las exonucleasas. ) Finalmente tendremos un cruzamiento entre dos 5 cromátidas hermanas en el que hay fragmentos de nueva síntesis,seccionesdelacromátidadañadaysesionesdela cromátida que quedó intacta. continuaciónhayunaseriedeproteínasdetipotopoisomerasaqueresuelvenelcruzamientopara A liberar cada cromátida. 8 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz regunta del profesor:¿Lasproteínasqueintervienenenestemecanismodedóndevienen? P ¿Están siempre en la célula desde que nacemos? EsasproteínasestáncodificadasporgenesdelGenomaHumanoquetienequeestarpresentesyse tienen que ir renovando. nadeesasproteínasimplicadasenreparardañospordobleroturadeDNAeslaBRCA1sintetizada U por el gen BRCA1.Mutacionesenestegenimplicanquecuandoocurrandañospordobleroturay estos deban ser reparados, este mecanismo no va a actuar correctamente. nporcentajeimportantedepacientesconcáncerdemamauovariostienenvariacionesenesegen U que,obienhansidoheredadas,osehangenerado.Lacontroversiaocurrecuandoestospacientes concáncerquesedebensometeraradioterapia,recibiránradiaciónionizanteenunoovariospuntos y esto puede conllevar a daños por doble rotura de DNA, y si el gen BRCA1 que participa en el mecanismoderecombinacióndedoblesroturasestámutado,puedenproducirsedivisionescelulares anómalas, patologías, cánceres, tumores benignos que se convierten en malignos… omo dato de interés la radiación que se usa en radioterapiaparaatacaralascélulastumorales, C fragmentaloscromosomasdeesascélulastumorales.Alfragmentarse,seproducedañoy,sieldaño es alto y la incidencia de la terapiaesespecífica,dichascélulasvanasufrirtantodañoquevana dejar de sercapacesdeproliferaryentranenapoptosis,aunqueseantumorales.Estoquieredecir queestamosusandoradioterapiaparacausardobleroturadelADNdecélulastumoralesyreduciral máximo posible la cantidad de las mismas. Entonces sale la controversia de si usar o no esta radioterapia en pacientes que presenten daños o mutaciones en estos genes, debido a que la radiación no es específica, por lo que hay células no tumorales que también sufrirían el daño. 9 Comisión 14 12/11/2024 omisionista 1:Andrea Ruiz Santos C Correctora: Cecilia Mendéz Ruiz Comisionista 2: Diego Dévora Chinea GenéticaHumana Docente:Luis Fabián Lorenzo Díaz PREGUNTAS DE COMI X 1. Mecanismos de reparación del ADN: a) Tras la acción delSistemaNHEJelcromosomaquedareparadomanteniendolasecuencia original de ADN. b) El Sistema NER repara daños poco voluminosos por modificación química de las bases. c) Todos los mecanismos de reparación requieren la acción de polimerasas para reparar daños. d) El sistema MMR de humanos requiere deuncortecomopuntodereferenciaenlacadena molde de ADN. e) El Sistema de Reparación Directa revierte el daño mediante la acción de proteínas específicas que son capaces de eliminar grupos etilo en el ADN. 2. Mecanismos de reparación del ADN. Seleccione una: a) El Sistema SOS revierte el daño mediante la acción de proteínas específicas que son capaces de metilar el ADN. b) ElSistemaMMRdehumanosrequierelaaccióndeunapolimerasatranslesionalparacortar la cadena de nueva síntesis. c) SalvolossistemasBERyNER,elrestodemecanismosrequierenlaaccióndepolimerasas para reparar el daño. d) ElSistemaNERrequieredelaaccióndesecuencialdeuncomplejodemúltiplesproteínas, incluyendo proteínas que inducen la degradación del ADN monocatenario. e) Tras la acción del Sistema NHEJ el cromosoma queda reparado asumiendo pérdida de fragmentos de ADN. Respuestas:1-a; 2-d 10
