Tema 4. Sistemes de reparació (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura mutagenesis
Año del apunte 2015
Páginas 7
Fecha de subida 16/03/2015
Descargas 3
Subido por

Vista previa del texto

Grau de Genètica – Mutagènesis T-4 Gloria Hidalgo SISTEMES DE REPARACIÓ Taula correspon a E.coli en aquesta, per tant, hi ha la reparació SOS que no es dóna en eucariotes. Les altres vies de reparació si que les fem tant eucariotes com procariotes més o menys iguals.
El primer punt, tot i estar a la taula, no es un sistema de reparació; sinó que es un mecanismes de detoxificació – el que fa es evitar que el DNA pugui sofrir el dany oxidatiu, i per tant, no fa falta repararlo (impedeix el dany). Ex: superòxid dismutasa (mecanisme).
Tots els altres, podem dir que són mecanismes de reparació. Aquells mecanismes que restauren la situació inicial sense error (Ex: eliminació dímers, eliminació del U, eliminació del alquils), sense haver de tallar el DNA, són anomenats mecanismes de reversió.
1 Grau de Genètica – Mutagènesis T-4 Gloria Hidalgo 1. ALGUNES MUTACIONS En la imatge tenim un dímer de T (però podria ser de qualsevol altre tipus de mutació). Es l’efecte típic de la radiació ultraviolada, que no és ionitzant.
El bacteris tenen fotoliasa, un enzim que reconeix el dímer, i si pot captar fotons (és fotoreactivada) es desfà el dímer –no talla el DNA i restaurà la situació inicial sense errors.
Aquests bacteris on tenim dímers, si es troben en una cambra fosca, malgrat que la fotoliasa reconeix el dímer, no el pot reparar com acaben d’explicar, però si que pot talla aquest dímer. De forma que repara per escissió – aleshores omplirà el forat i es podria equivocar.
Altres mutacions succeeixen quan es substitueix la guanina per GO (guanina oxidada), si ara es dona una replicació, pot ser que mantigui la base oxidada. També pot ser que en l’altre cadena s’incorpori una A en comptes d’una C, i finalment pot ser que si la cèl·lula disposa de la glucosilasa especifica (FaPy), selectivament s’eliminaria la base oxidada. Per tant, en aquesta última situació, se’ns repetirà la situació inicial al cap de dues rondes.
En un altre cas, si tenim DNA que conté un uracil aquest es reconegut per enzims i eliminat, de forma que es restaurà per un base pròpia del DNA. Per tant té pocs errors, perquè no es talla el DNA en si (només elimina la base, deixa el sucre en el DNA).
També tenim el cas d’una guanina metilada en la posició del Oxigen 6, o dit d’una altre manera incorporació un alquil a la base – la guanina és la base que més s’alquila.
Si en un DNA hi ha bases alquilades i el DNA s’ha de replicar, les bases alquilades impliquen aparellament incorrectes i normalment apareixeran transicions. Per solucionar-ho actuen enzims específics, les alquiltransferases, que quan es topen amb un alquil l’eliminen. Si la transferasa reconeix i treballa correctament i l base retorna al estat inicial (eviten el possible efecte mutagènics dels alquinats).
Aquest alquiltransferasa normalment enganxa el grup alquil per la Cisteina. Aquesta per tant, és la responsable del segrestament del grup alquil. Una vegada l’enzim ja ha estat metilat, aquest enzim és inactivat i no pot tornar a participar en atrapar un altre alquil. Si hi ha molt dany, pot ser que aquest 2 Grau de Genètica – Mutagènesis T-4 Gloria Hidalgo sistema de reparació estigui saturat. Per tant en sistemes de molta alquilació, pot ser que aquest sistema no es solucioni el problema. Si hi ha alquilacions i algunes no han estat reparades, es podrien reparar les bases alquilants mitjançant escissió. Ara, la reparació per escissió és de tipus generalista (Serveix per tot, però no és específica per cap dany en particular).
Quan hi ha moltes alquilacions pot haver-hi una resposta adaptativa, la cèl·lules tenen possibilitat de produir més enzims per poden repara més dany. Aquesta resposta adaptativa front els alquils es típica de bacteris, on en un moment ha actuat un reguló (hi poden participar molt gens), de forma que et donen forma de regular la resposta (l’individu no sempre té gens a mateix nivell transcripcional, sinó que quan els necessita els activa).
Si no hi ha alquilació, cada un d’aquest gens estan produint uns productes a un nivell basal. Com que no hi ha dany, no es necessari reparar, i per tant no és necessari estimular les proteïnes implicades en la reparació (si que hi ha producte gènic, però l’expressió és basal).
En aquest esquema, veiem que ara hi ha metilació d’una G i d’un T, per tant serà una senyal transcripció per tal de poder assolir un nivell alt de la transcripció dels sistemes de reparació.
El gen Ada, pot capturar dos grups metil, per tant, quan el producte del gen Ada ha estat metilats, aquest producte es col·loca en la regió promotora dels gens implicats en el reguló i la interacció del producte metilat és un activador molt potent de l’activació d’aquests gens. Per tant en aquesta situació tindrem moltes molècules que podran participar en la reparació de les alquilacions.
Si hi ha molt dany les cèl·lules obtenen més bé per via apoptòtica.
2. TIPUS DE REPARACIONS 2.1. REPARACIÓ PER ESCISSIÓ DE NUCLEÒTIDS (NER) 3 Grau de Genètica – Mutagènesis T-4 Gloria Hidalgo Tenim una situació en que hi ha un dímer de pirimidina, de forma que es produiran dos senyals a un costat i a un altre d’aquest per senyalitzar a les endonucleases que tallin a banda i banda. Tota aquesta regió que es talla ha de ser eliminada per les exonucleases (digereix el tros tallat – patch).
Com que a la cadena de sota hi ha la informació correcta la fem servir de motlle per sintetitzar el tros faltant del DNA, cosa que fan les DNA-pol. Si aquesta actua de manera fidel, aquesta reparació conclourà amb una situació sense cap canvi a nivell de bases.
Aquest mecanisme, però, com que implica polimerització pot equivocar-se. A més, qualsevol procés amb talla i polimerització, per torna a restaura la integritat del DNA ha d’actuar la lligasa.
2.2. REPARACIÓ PER ESCISSIÓ DE BASES (BER) Hi ha una base alterada que es reconeguda per una glicosilasa específica i s’elimina (únicament aquesta base alterada). De forma que ens queda un lloc abasic (sense purina o pirimidina). Com que l’altre cadena esta intacta es podrà introduir la base correcta, tot i que sempre pot haver-hi error. Al final del procés actua la lligasa.
Una alteració d’una base que fos molt grossa (adupte voluminós), difícilment seria reparable per BER, sinó que actuaria NER. Totes les modificacions que impliquen distorsions importants de la molècula es reparen per NER.
Aquest dos tipus de reparació per escissió poden cometre errors, però en NER es dóna en major magnitud.
2.3. REPARACIÓ PER MISTMACH Veiem un lloc on hi ha un aparellament erroni, les base no són complementaries, és a dir, ens trobem davant d’un mistmach. Aquest es pot reparar amb l’escissió d’un tros d’una de les cadenes i esperant que la polimerasa actuï correctament.
4 Grau de Genètica – Mutagènesis T-4 Gloria Hidalgo La tria la de cadena que s’ha de tallar ve donada per la seqüència GATC, s’elimina la base de la cadena que no té aquesta seqüència metilada. Per tant, la discriminació és molt senzilla perquè la cadena de nova síntesi encara no esta metilada – això es dóna en bacteris.
Si el procés de mistmach arriba més tard, ja no pot discriminar (ja estan metilades les dues cadenes) i es dona el tall d’una de les cadenes de manera aleatòria.
Aquest mecanismes és propi de bacteris, però no esta prou estudiat en eucariotes. Per tant, no es sap del cert en organismes superior la forma de discriminar la cadena nova de la cadena vella. Hi ha prous estudis que defensen que la discriminació de la nova de la vella es perquè tenim fragment d’Okazaki a la nova, que presenten discontinuïtat i per tant podria ser la forma de discriminar.
2.4. REPARACIÓ POST-REPLICATIVA Es pot donar el cas que hi hagi dos dímer en el material genètic, un a cada cadena. Si la cèl·lula s’ha de replicar, pot ocasionar un problema, ja que el dímer no es reconegut per la polimerasa i si la replicació avença deixa a banda i banda un GAP sense replicar.
Per tant tenim una situació que ens queden dos gaps, de forma que en aquestes dues cadenes els hi falta alguna cosa. Pot passar que hi hagi intercanvi, que en recorda a la recombinació general, de manera que podem arriba a una situació on es generi una molècula sense cap tipus de dany i una altre molècula que sigui defectiu o deficient perquè no només té dos dímers sinó que a més té dos gaps.
2.5. REPARACIÓ SOS Es tracta d’un sistema de reparació on estan implicats més de 25 gens que actuen de manera cooperativa, i on tenen molta importància la proteïna LexA i RecA (en funció de si estan activades o no tenen un funció en es sistema).
És un mecanisme que solament actua quan amb els altres sistemes “normals” no hi ha prou per reparar tots el danys del DNA, de forma que només actua quan hi ha molt dany (situació d’emergència).
5 Grau de Genètica – Mutagènesis T-4 Gloria Hidalgo Per tant, quan hi ha molts talls en el DNA (moltes regions eliminades per intentar ser reparades), i hi ha moltes zones on poden actuar polimerases d’emergència (no són les normals), les quals incorporen bases induint a errors.
La proteïna RecA activada (RecA*) es produeix quan al DNA troba fragments de cadena senzilla que corresponen a escissions o a que la replicació no ha pogut avançar. Aquesta proteïna RecA* desfà el dímer de LexA (queda inactivat), de forma que aquest repressor que estava inhibit el sistema SOS, deixar de reprimir el sistema. D’aquesta manera, es permet el continuïtat de la integritat de la cèl·lula (permet la replicació, tot i que hi hagi error – bases incorrectes o altres mutacions).
Si la replicació no es dónes per les lesions de DNA, la cèl·lules moriria; però si li incorpores errors la cèl·lules pot continuar.
Si després de replicar, tots aquest els agent físics o químics que produïen estrés desapareixen, es poden intentar reparar els errors Alguns instituts diuen que si aquest increment de mutacions podrà ser avantatjós en situacions ambientals amb canvis molt ràpids i dràstics – les mutacions poden resultar avantatjoses.
Es tracte d’un mecanismes estudiat estrictament en bacteris (E. coli). En el cas de llevat ia altres eucariotes, poden haver-hi alguns gens amb resposta induïble semblant.
3. REGULACIÓ DE LA RESPOSTA ALS AGENTS QUE CAUSEN DANY GENÈTIC EN EUCARIOTES En els llevats (eucariotes), s’ha demostrat l’existència de gens induïbles per l’exposició a genotoxines – provoquen estrés. Però no s’ha posat de manifest el funcionament d’un reguló equivalent al del sistema SOS bacterià.
6 Grau de Genètica – Mutagènesis T-4 Gloria Hidalgo 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 – és molt important, perquè els trencament de cadena senzilla són fàcilment reparats (partir de la cadena complementaria), però de cadena doble poden portar a aberracions.
Els membres de la família RAD51 són homòlegs als RecA bacterians i Rad51 dels llevats.
 RNR (ribonucleòtid reductasa) i POL1 (polimerasa α), possiblement involucrats en la reparació per recombinació.
 DIN (damage inducible) és un gen induïble quan hi ha danys per radiació, però no es sap del cert que fa i com ho fa.
En mamífers, a més del 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.
S’ha de tenir en compte que les respostes dels organismes pluricel·lulars corresponen al funcionament coordinat de molts gens que responen els efectes que provoca el xenobiòtic (extern al organisme).
Aturada del cicle cel·lular com a resposta al dany genètic.
Apoptosi (mort cel·lular programada): es produeix quan la cèl·lula té molt dany de trencaments dobles i dany oxidatiu. El procés que es dóna és la condensació del nucli i de la cèl·lula que, una vegada morta, és fagocitada.
A més, els organismes superiors poden modular el cicle cel·lular – aturar el cicle cel·lular és una estratègia per evitar les conseqüències del dany si fos replicat.
7 ...