Tema 5 Biomol - Biología Molecular - 1º Grado en Biomedicina

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tema-5-biomol.pdf jescudero7 Biología Molecular 1º Grado en Biomedicina Facultad de Ciencias Biomédicas y de la Salud Universidad Europea de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  REPARACIÓN DEL ADN ÍNDICE: 1. Mutaciones 2. Sistemas de reparación ▪ Reversión directa del daño (procariotas y levaduras) ▪ Reparación por escisión de bases/BER ▪ Reparación por escisión de nucleótidos/NER ▪ Reparación por escisión de errores de apareamiento/mismatch repair ▪ Reparación por recombinación ▪ Unión de extremos no homólogos/NHEJ 3. P53 como guardián del genoma 4. Inestabilidad cromosómica MUTACIONES Hay que diferenciar las mutaciones según la célula en la que se produzcan: germinal (óvulos y espermatozoides) o somática; según su magnitud, es decir, si es una anomalía cromosómica (afecta al nº de cromosomas), una mutación mediana de secuencias repetidas o una pequeña o puntual; y también según su mecanismo de formación: ▪ Endógenas: espontaneas o fortuitas (no se pueden evitar): se producen por: ▪ Errores en replicación. ▪ Desaminación oxidativa de bases. ▪ Inestabilidad química del N-glucosídico. ▪ Mutágenos endógenos. ▪ Exógenas: se producen por acción de mutágenos: ▪ Agentes químicos: acción directa, alquilantes, intercalantes. ▪ Agentes físicos: radiación UV o ionizante. ▪ Agentes biológicos: virus. La tasa de mutación de la polimerasa es de un error por cada 104 nucleótidos incorporados y con los sistemas de reparación, esta mejora hasta 107.La presencia de polimorfismos y mutaciones en las poblaciones humanas es el resultado del equilibrio mutación-reparación-selección. SISTEMAS DE REPARACIONES Los daños se pueden dar en una sola base (afectan a la secuencia del ADN sin distorsionar en gran medida su estructura general, no afectan a la transcripción ni a la replicación, generan efectos nocivos en generaciones futuras) o pueden afectar a toda la estructura del cromosoma y reciben el nombre de distorsiones estructurales (pueden producir impedimentos físicos para la replicación o la transcripción, la introducción de enlaces covalentes entre las bases de una misma hebra inhibe la replicación y la transcripción). Hay enzimas que intervienen y revierten directamente el daño en el ADN, otras necesitan eliminar la base o varios nucleótidos, algunos sistemas utilizan la recombinación homóloga (t4) para reparar la a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  zona del daño, otras unen los extremos no homólogos reuniendo los DSBs (double strand breaks o roturas de la doble hebra) y algunas polimerasas pueden reemplazar los tramos de ADN dañados. REVERSIÓN DIRECTA DEL DAÑO: reparan lesiones sin eliminar la base o el nucleótido y solo se da en procariotas y levaduras. Se da por fotorreactivación, Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. reparando dímeros de pirimidinas con enlaces intracatenarios anómalos (T-T, C-T, C-C), los cuales están generados por la presencia de luz UV. En E. coli, la enzima fotoliasa (no está presente en mamíferos) rompe los enlaces T-T. Esta enzima repara la distorsión de la hebra con la presencia de luz blanca. REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE BASE/BER: repara los daños causados por: metilación, desaminación (la desaminación de la citosina da lugar al uracilo), oxidación o pérdida espontánea de bases (modificaciones químicas). Las enzimas implicadas son: ADN glicosilasa, endonucleasa de sitios AP o abásico (apurínicos o apirimidínicos) y son desoxirribofosfodiesterasas, polimerasa y ligasa. Las ADN glucosilasas reconocen bases modificadas y las eliminan por rotura del enlace N-glucosídico: se corta el enlace y se deja el hueco, permaneciendo el azúcar y el fosfato. En procariotas solo hay un tipo de ADN glucosilasa, sin embargo, en humanos hay cuatro tipos: cada uno de ellos corresponde a una base (UNG, hsMUG2, TDG y MBD4). En caso de una desaminación de C (dando lugar a U) o de que, durante la replicación, se haya insertado U en lugar de T, interviene la uracilo ADN glucosilasa/UNG (la más abundante, asociada al replisoma). Mecanismo de acción BER: 1. ADN glucosilasa: identifica el problema y rompe el enlace, generando un sitio AP. 2. AP endonucleasa: rompe enlaces fosfodiéster de la cadena dañada junto al sitio AP. 3. ADN polimerasa: reemplaza el ADN (o los nucleótidos que falten). 4. Ligasa: sella la mella. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta. Biología Molecular Banco de apuntes de la  BER en células humanas: el reparosoma está formado por: ▪ ADN glicosilasa. ▪ APE-1: homóloga a la endonucleasa, asociada a PCNA o abrazaderas β si el daño es amplio. ▪ ADN polimerasa: β para daños cortos y ε o δ para daños largos. ▪ ADN ligasa: XRCC1 para errores cortos y ligasa 1 para largos. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE NUCLEÓTIDO/NER: repara grandes distorsiones en la estructura helicoidal del ADN; se quita el nucleótido entero; etapas: incisión, escisión, síntesis y actividad ligasa. 1. Excinucleasa: rompe dos enlaces fosfodiéster a ambos lados de la distorsión. 2. ADN helicasa: ayuda a liberar el fragmento escindido (12-13nt en proc y 27-29nt en euc). 3. ADN pol I (E. coli) o ADN pol ε (en humanos): rellena el hueco. 4. ADN ligasa: sella la mella. En células eucariotas las lesiones voluminosas, como las causadas por UV o dímeros de timina, son reparadas mediante NER; los defectos en esta vía son la causa de la patología xerodermia pigmentosa (XP), cuyas mutaciones aparecen en uno de ocho genes XP-A a XP-G, un complejo proteico responsable de la escisión de nucleótidos de timina. En eucariotas, el NER tiene dos vías principales, la reparación global del genoma y la reparación acoplada a la transcripción, dichas vías se diferencian en la proteína implicada en el reconocimiento del daño, la XPC (reparación global del genoma) y la ARN pol II (reparación acoplada a la transcripción); el resto de ambas vías unan la misma maquinaria proteica. Ambas vías utilizan el mismo grupo de 6 proteínas para efectuar la reparación: RPA, XPA, XPC TFIIH (incluye XPB y XPD), XPG, XPF/ERCC1: ▪ Actividad helicasa del factor de transcripción TFIIH (complejo proteico con XPB y XPD). ▪ Cortes a ambos lados de la lesión por endonucleasas XPG y XPF/ERCC1 (excinucleasa). ▪ Polimerización por actividad de ADN pol ε-PCNA y ADN ligasa I. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.  ▪ RPA: proteínas. La xerodermia pigmentosa se asocia con defectos en la reparación por escisión de nucleótidos NER, es decir, los pacientes con XP no pueden escindir los dímeros de pirimidinas y otros aductos voluminosos y las mutaciones aparecen en uno de los ocho genes XP, los cuales codifican para el complejo proteico responsable de la escisión de nucleótidos de timina. Dicha enfermedad es autosómica recesiva, provoca sensibilidad extrema a la luz UV, un mayor riesgo de padecer cáncer de piel y degeneraciones neurológicas y los pacientes con XP presentan pecas inducidas por el sol en la piel durante la infancia. REPARACIÓN DE APAREAMIENTOS INCORRECTOS (apareamientos no canónicos): En procariotas: complejo proteico mut: se basa en discriminar entre la cadena molde y la recién sintetizada; intervienen: ▪ Dam metilasas: su función es diferenciar el blanco de reparación; tras la replicación, la hebra nueva todavía no ha sido metilada, lo cual dura un intervalo corto durante el cual se lleva a cabo la reparación; se metila el ADN en N6 de A de la secuencia 5’GATC3’. ▪ MutH, mutS, mutL y mutY: son enzimas que participan directa o indirectamente en la remodelación de tipos particulares de daños. El proceso comienza con la actuación de MutL y MutS, las cuales se unen formando el complejo MutL-MutS, el cual se une al par de bases mal apareado; la endonucleasa MutH se une a MutSL y la endonucleasa corta la hebra no metilada, la cual se sintetiza por acción de la ADN pol III y se liga con la ligasa. Mismatched base pair: error de apareamiento Cadena Cadena molde nueva sin metilada metilar a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  En eucariotas: Msh: no se utiliza la metilación del ADN para la selección de la hebra hija. La proteína Msh2 (homóloga a MutS) aporta el andamiaje para el aparato que reconoce los errores de apareamiento; Msh3 y Msh6 aportan factores de especificidad. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ▪ Msh2-3 se une a bucles de inserción o deleción mal apareados. ▪ Msh2-6 se une a errores de apareamiento de una sola base. Las mutaciones en estas proteínas causan el síndrome de Lynch (cáncer colorrectal sin poliposis). REPARACIÓN DEL ADN POR RECOMBINACIÓN: una horquilla de replicación se encuentra con una lesión no reparada y se detiene; o bien faltará por replicar una hebra o se originará una rotura en la doble cadena en la región ausente. Hay dos vías posibles de reparación: ▪ Recombinación. ▪ Reparación propensa al error (respuesta SOS en E. coli) cuando la zona afectada es muy grande o hay numerosos errores: participan ADN pol IV y V. En la reparación por recombinación DSBs hay dos opciones: recombinación homóloga SDSA (libre de errores; t4) y la unión de extremos no homólogos NHEJ (propenso a error): en este último, se rompe la Polimerasas TLS doble hebra y aparece un complejo KU80 y KU70 que reconoce el daño y luego con una ligasa pega el daño. 1: unión de extremos no homólogos NHEJ. 2: recombinación homóloga SDSA. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.  En la reparación del ADN por recombinación homóloga en células eucariotas aparece: ▪ Complejo MRN (Mre11-Ras50-Nbs1) que se une a la región dañada. ▪ Mre11 exo3’-5’ que genera un extremo 3’, el cual es reconocido por Rad51. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Invasión por el extremo 3’ y síntesis de la región dañada usando como molde la hebra íntegra; migración y resolución del HJ-Holliday (intermediario de Holliday). UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOS/NHEJ (viene incluida en el punto anterior): es propensa a errores (no hay molde para reparar). 1. Se reconocen los extremos rotos mediante un heterodímero formado por KU70 y KU80 (proteínas de andamiaje). 2. Actúa el complejo ADN-PK: ADN-PKCs se activa y fosforila blancos proteicos, uno de los cuales es la proteína Artemis, que una vez activa, realiza la función exonucleasa y endonucleasa. 3. La polimerasa rellena el hueco resultante, la unión de extremos la realiza el complejo XXL (ADN ligasa IV con la proteína XRCC4 y Cernunnos-XLF). La presencia de errores en humanos (DSB) recluta al complejo MRN (Mre11, Rad50 y Nbs1), el cual une un puente entre los dos lados rotos del ADN y, además, recluta y fosforila a la quinasa ATM, la cual fosforila y activa a proteínas relacionadas con la reparación, control del ciclo celular y apoptosis: P53, Creb y Chk2… a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.  P53 COMO GUARDIÁN DEL GENOMA P53 es una proteína codificada por el gen P53 que ayuda a reparar el genoma en caso de que ninguno de los sistema hubiera funcionado, la proteína es un factor de transcripción que se une a un elemento de regulación (p53 RE) en el gen mdm2, el cual produce la proteína mdm2, la cual secuestra a P53 y lo degrada o evita su función por transactivación (de forma fisiológica). En caso de darse en una célula dañada o con un daño en la doble hebra, suceden todos los mecanismos de reparación posibles; pero en caso de no funcionar, la proteína P53 es fosforilada por quinasas como ATM, de modo que esta se une a mdm2 y se produce la proteína mdm2, sin embargo, esta no es capaz de reconocer a la P53 fosforilada, la cual se va acumulando en el citoplasma; estas células, en las que se ha acumulado P53 fosforilado, activan genes relacionados con el ciclo celular y con la muerte celular, esto sirve para parar el ciclo y producir la muestre celular programada o apoptosis. Esto sirve para evitar que los DSB (double strand breaks) aparezcan en la descendencia. Brca2: cáncer de mama (t4). Las consecuencias de la pérdida de P53 es la formación de tumores, es decir, el síndrome de Li-Fraumeni. Esta se puede perder por una inactivación indirecta o por el virus del papiloma humano. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  INESTABILIDAD CROMOSÓMICA La deficiencia en la reparación del ADN causa muchas enfermedades en el ser humano, la incapacidad en la reparación de las roturas del ADN produce inestabilidad cromosómica que conduce a Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. aberraciones cromosómicas, asociadas a alta tasa de mutación; ej.: Ataxia telangiectasia y síndrome de Nijmegen (mut. en enzima de reparación). Síndrome de Nijmegen: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6652258 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.