TEMA 4. SISTEMES DE REPARACIÓ (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Mutagènesi
Año del apunte 2015
Páginas 8
Fecha de subida 14/03/2015
Descargas 24
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 4: SISTEMES DE REPARACIÓ La següent taula correspon als mecanismes de reparació d’E. coli. Un d’aquests mecanismes, el de SOS, els eucariotes no el tenen. Excepte això, tots els altres mecanismes són molt semblants.
Sistemes de reparació en E. coli Tipus de lesió reparada Mecanisme Mecanisme general de reparació Detoxificació Exemple Dismutasa del superòxid Impedeix la formació d’una lesió oxidativa.
Eliminació directa de les lesions Transferases de grups alquils.
O-6-alquilguanina.
Fotodímers de UV.
Escissió general Enzim fotorreactivant (fotoliasa) Sistema exonucleasa xifrat pels gens uvrABC.
Escissió específica Endonucleases AP.
Glucosilases de DNA Sistema GO Posterior a la replicació Lesions que causen distorsions en la doble hèlix, com fotoproductes de UV i addicions químiques voluminoses.
Llocs AP.
Bases desaminades (uracil, hipoxantina), certes bases metilades, purines amb anells oberts, bases danyades oxidativament i altres bases modificades.
8-oxodG Sistema de reparació d’aparellaments erronis.
Errors de replicació que donen lloc a aparellaments erronis de parells de bases.
Sistema de reparació de l’aparellament erroni G-A.
Reparació per recombinació.
Aparellaments erronis de G-A i 8-oxodG-A.
Sistema SOS.
Lesions que bloquegen la replicació i donen llocs a gaps de cadena senzilla.
Lesions que bloquegen la replicació.
Converteix els superòxids en peròxid d’hidrogen, que és neutralitzat per la catalasa.
Transfereix el grup alquil des de la O-6alquilguanina a un residu de cisteïna de la transferasa.
Trenca els dímers en presència de llum blanca.
Fa talls endonucleotídics a qualsevol costat de la lesió; el forat resultant és reparat per la DNA-polimerasa I i la DNA-ligasa.
Fa talls endonucleotídics; la endonucleasa forma un forat que és reparat per DNApolimerasa I i la DNA-ligasa.
Elimina la base, creant un lloc AP, que és reparat per una endonucleasa AP.
Una glucosilasa elimina 8-oxodG del DNA.
Una altra glucosilasa converteix qualsevol aparellament erroni 8-oxodGA que hagi quedat sense reparar en 8-oxodGC, i després la primera glucosilasa 8-oxodG.
Aquest sistema reconeix la cadena recent sintetitzada detectant residus d’adenina no metilats en les seqüències 5’-GATC-3’, i si reconeix un aparellament erroni, escindeix la base de la cadena recent sintetitzada.
Escissió i nova síntesi; discriminació de cadena poc clara.
Intercanvi per recombinació.
Permet un curtcircuit de la replicació en la lesió bloquejant, donant lloc a freqüents mutacions davant el lloc de lesió.
La detoxificació, en realitat, no es un sistema de reparació. És un mecanisme que evita que el DNA pugui patir dany oxidatiu. Per tant, com el que fa és evitar el dany, no reparar-lo, no és un sistema de reparació.
Els mecanismes que restauren la situació inicial sense cap error (ex: eliminació d’uracils, bases estranyes, grups alquils...) són anomenats per alguns autors “mecanismes de reversió”. Els mecanismes de reversió d’un dany seran sempre lliures d’error (error free).
DÍMERS DE PIRIMIDINA En l’esquema d’exemple es veu un dímer de timina (aquests són més freqüents i més estudiats que els de citosina). Aquests dímers són l’efecte típic de la radiació ultraviolada.
Els bacteris tenen fotoliasa, un enzim que reconeix el dímer de pirimidines i s’hi col·loca “a sobre”. Si la fotoliasa pot captar un fotó (és a dir, necessita llum), pot fer un procés de fotoreacció i desfer el dímer de pirimidines. Per tant, és una situació de reversió.
Però si els bacteris es troben en un lloc fosc, tot i que la fotoliasa pot reconèixer el dímer i situars’hi a sobre, no pot fotoreactivar-se i no pot desfer el dímer amb un procés de fotoreacció. El que sí pot fer és tallar el dímer i eliminar-lo. Llavors, fent servir les dues adenines de l’altre monocadena de motlle, es poden tornar a posar dues timines que no estiguin en forma de dímer.
Si aquest procés es fa malament, es crearà una mutació puntual. Els eucariotes no tenim fotoliasa.
U-GLICOSILASA En aquest DNA hi ha un uracil.
Si la cèl·lula disposa de glicosilases específiques (Uglicosilases), aquestes reconeixen l’uracil i el separen. Llavors quedarà un gap en aquest lloc. Posar la base corresponent no serà gaire difícil si tenim motlle. Si es comet un error en posar la base, es crearà una mutació puntual.
SISTEMA GO L’enzim encarregat d’aquest sistema de reparació és la Formamido-Pirimidina-DNAglicosilasa (FaPy para los amigos).
La guanina és una base sensible, que en oxidarse es converteix en 7,8-dihidro-8-oxoguanina (8-hidroxiguanina), que en el següent esquema es representa com GO.
La GO es pot aparellar erròniament amb A en la replicació. En aquest cas, MutY elimina la A i torna a posar una C.
Però GO no s’elimina fins que no actua FaPy, que l’elimina específicament, creant un gap que després pot ser reomplert per la DNApolimerasa I utilitzant de motlle l’altra monocadena.
ALQUIL-TRANSFERASES La guanina és normalment la base més alquilada. Si en un DNA hi ha bases alquilades, quan es repliqui es poden produir aparellaments incorrectes, i amb una segona replicació, transicions.
Per evitar això, hi ha l’actuació de les alquil-transferases, que són enzims específics que quan detecten una base alquilada se situen a sobre i en segresten el metil o l’etil (no acostumen a ser grups alquils més grans).
Si la transferasa actua correctament, la base torna a estar com al principi, i així s’evita l’efecte mutagènic dels agents alquilants.
La metil-transferasa i l’etil-transferasa normalment segresten el grup alquila amb una cisteïna. Quan l’enzim es metila o s’etila s’inactiva, ja que la cisteïna ja esta ocupada i no pot fer una altra reacció de segrest.
Si hi ha una gran quantitat de danys en la cèl·lula pot ser que el sistema de reparació estigui saturat, i no hi hagi prou alquil-transferases per reparar el dany. En aquests casos, les bases alquilades es podrien reparar pel sistema d’escissió.
La reparació per escissió és una reparació de tipus generalista, ja que pot reparar diversos errors.
També pot haver-hi una resposta adaptativa: la cèl·lula genera més enzims per reparar més dany.
La resposta adaptativa només existeix en procariotes, ja que és una resposta característica del funcionament dels operons i els regulons. Quan no hi ha dany, no s’ha de reparar res, per tant el promotor que té el gen que codifica per les alquil-transferases (NC) es troba expressant els productes gènics a un nivell basal. Però quan hi ha dany, les NC es metilen, ja que les cisteïnes segresten els grups metil. Llavors, les NC metilades poden unir-se al promotor de l’operó en qüestió i fer que comenci a expressar els productes gènics a un nivell molt més elevat, amb la qual cosa hi haurà més NC per reparar el dany.
Al final, si hi ha més dany que el que poden reparar, les cèl·lules opten per l’apoptosi.
NER – REPARACIÓ PER ESCISSIÓ DE NUCLEÒTIDS En l’exemple següent s’explica aquest sistema amb un dímer de timines. Però NER és el que abans hem dit que era un sistema generalista, ja que també serveix per eliminar aparellaments erronis, bases alquilades, uracils... i en general qualsevol base estranya en el DNA.
El dímer de timines és detectat per unes proteïnes que diuen a les endonucleases que han de tallar a banda i banda del dany, a unes quantes bases de distància. Altres proteïnes detectaran un adducte gros... o el que sigui, i també avisaran a les endonucleases perquè facin el mateix.
Llavors tot una regió al voltant del dany és eliminada per les endonucleases, deixant un forat (gap) més o menys llarg. La cadena que no s’ha tallat serveix de motlle per sintetitzar de nou la tallada. Aquesta feina la fan les DNA-polimerases. Si aquestes actuen de forma fidel, la reparació condueix a una situació on no hi ha cap canvi, igual que la original. El nou tros de cadena sintetitzat, per unir-se amb el vell, necessita de les DNA-ligases.
Però aquest no és un mecanisme error-free, les DNA-polimerases poden equivocar-se i col·locar bases errònies, de manera que no es reverteixi la situació original.
BER – REPARACIÓ PER ESCISSIÓ DE BASES Quan hi ha un aparellament incorrecte o un adducte, només cal eliminar la base errònia. Les glicosilases són els enzims que detecten els aparellaments erronis i saben quina és la base correcta i quina no (per patrons de metilació, o en eucariotes, per la cadena que té fragments d’okazaki).
Les glicosilases eliminen només la base, deixant la resta de l’estructura del nucleòtid, és a dir, generen un lloc AP. Els llocs AP són detectats per endonucleases que eliminen aquest nucleòtid sense base. Llavors la DNA-polimerasa fa servir la base de l’altra cadena de motlle per introduir la base correcta. Finalment, la DNA-ligasa uneix la base nova.
Com en aquest sistema les DNA-polimerases també introdueixen un nucleòtid, no és sigui errorfree.
Si una base té un adducte massa gran que provoca moltes distorsions, ja no es podrà fer BER, sinó que es farà NER.
En el sistema NER hi ha més possibilitat d’error, ja que les DNA-polimerases han de posar més nucleòtids que en el BER.
Exemple de reparació d’un missmatch (aparellament incorrecte) per NER: Exemple de diferenciació de la cadena vella i la nova: Aquesta figura és un exemple de bacteris. Les glicosilases busquen la cadena que té metilada la adenina en la seqüència GATC (ja que just després de la replicació, la cadena nova no estarà metilada encara).
En eucariotes, la cadena nova serà la que, en la meitat de l’extrem 5’, tingui fragments d’Okazaki.
REPLICACIÓ POSTREPLICATIVA En l’esquema d’exemple veiem com una molècula de DNA té dos dímers de timina, cada un en una monocadena diferent. Això fa que quan es repliqui, les dues molècules filles tinguin danys i no puguin acabar de replicar-se bé. Si hi ha una intercanvi entre les dues molècules (és un procés semblant a la recombinació, per no totalment igual), es pot aconseguir que almenys una de les dues cèl·lula filles sigui correcta i funcional, com la original, tot i que l’altra sigui súperdefectiva.
SISTEMA SOS Les proteïnes més importants d’aquest sistema són LexA i RecA. De fet, però, el sistema SOS implica molts gens, uns 25, que actuen de forma cooperativa. Aquest sistema només s’ha demostrat en bacteris. En organismes superiors hi pot haver algun sistema que s’hi assembli, però no és el mateix.
El sistema SOS és un mecanisme que només actua quan els altres sistemes de reparació no són suficients per reparar el dany. Només actua quan els nivells de dany són molt elevats, és a dir, en situacions d’emergència.
Aquest sistema implica molts talls en el DNA per eliminar les regions danyades, la qual cosa implica que després s’ha de sintetitzar gran quantitat de DNA nou. Amb tants fragments a replicar, les polimerases que actuen són unes especials que incorporen bases encara que no hi hagi motlle, o si n’hi ha n’incorporen només per omplir el buit. Per tant són molt propenses a error.
Quina gràcia té aquest sistema? Mantenir la integritat del material genètic, del cromosoma, per tal que la cèl·lula pugui replicar-lo i dividir-se.
Un cop la cèl·lula té el cromosoma íntegre, potser abans de replicar-se té temps de reparar els danys i erros que hi hagi. Tot i això, el sistema SOS és molt propens a error, el seu únic objectiu és mantenir la integritat del DNA i buscar desesperadament una manera de salvar-se.
REGULACIÓ DE LA RESPOSTA ALS AGENTS QUE CAUSEN DANY GENÈTIC EN EUCARIOTES En els llevats, s’ha demostrat l’existència de gens induïbles per l’exposició de genotoxines. Però no s’ha posat de manifest el funcionament d’un reguló equivalent al sistema SOS bacterià.
Existeixen gens clarament involucrats en la mutagènesi: RAD (radiation sensitivity). Reparació per escissió de nucleòtids. Exemple: el RAD51 és un gen humà que codifica una de les proteïnes implicades en la reparació de trencaments de doble cadena. Els membres de la família RAD51 són homòlegs als RecA bacterians i Rad51 dels llevats.
RNR (ribonucleòtid reductasa) i POL1 (polimerasa α) possiblement estan involucrats en la reparació per recombinació.
En mamífers, a més dels gens de reparació, hi ha altres gens induïbles, com són els responsables dels factors de transcripció, de creixement, de protecció i de proteïnes associades amb la inflamació.
L’aturada del cicle cel·lular pot ser una resposta al dany genètic.
Apoptosi: mort cel·lular programada. Trencaments dobles i dany oxidatiu. Condensació del nucli i de la cèl·lula que, una vegada morta, és fagocitada.
...