TEMA 4 – MECANISMES DE REPARACIÓ DEL DNA (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura mutagenesi
Año del apunte 2015
Páginas 9
Fecha de subida 17/03/2015
Descargas 1

Vista previa del texto

TEMA 4 – MECANISMES DE REPARACIÓ DEL DNA En la següent taula podem veure els sistemes de reparació que es troben a E. coli. Hem de tindre en compte que el sistema SOS no es troba en eucariotes, encara que els altres sistemes són bastant semblants als dels eucariotes.
La detoxificació (primera fila) no es ben bé un sistema de reparació. Més bé evita que el DNA es danyi, no el repara.
L’enzim més important d’aquest sistema és la dismutasa del superòxid, la qual evita el dany oxidatiu del DNA.
Tots els altres sí que podem dir que reparen el DNA. A més, de tots aquests, els que restauren la situació inicial sense error (sistemes error free) són sistemes de reversió: trencament dels dímers de timina, eliminació d’U...
Eliminació dels dímers de timina Els dímers de T són els més freqüents, encara que també hi ha dímers T-C i C-C (tots són dímers de pirimidines). Són l’efecte característic de la radiació ultraviolada.
Els bacteris tenen fotoliases, enzims que reconeixen el dímer. A més, si poden captar un sol fotó, es fotoactiven i desfan el dímer. Llavors, tornen a desactivar-se i a estar llestos per tornar a activar-se i eliminar un altre dímer de timina. Però, si per exemple, els bacteris es troben en una caixa fosca, el dímer igualment podrà reconèixer el dímer però, com no es podrà activar per la llum, no el podrà reparar per fotoreactivació. Però sí que podrà tallar i eliminar el dímer per escissió. A més, com al davant hi haurà dues A, es col·locaran dues T per reparar el tros.
Uracils en el DNA Si la cèl·lula presenta glicosilases especifiques, aquestes lleven l’U i es repara el forat. A més, si després es col·loca una base errònia, açò també podria reparar-se a posteriori.
GO (8-hidroxiguanina) Aquesta base modificada es produeix pel dany oxidatiu. Per reparar-ho intervé MutM o Fgp.
Per algun motiu hi ha hagut un dany oxidatiu, el qual en aquest cas ha afectat la G, que s’ha convertit en GO. Si replica el DNA; pot ser que en la replicació en mantingui la base oxidada; que la GO incorpori una A o que si la cèl·lula disposa de Fgp, que aquest enzim elimini la base oxidada (llavors tindrem C i es ficarà una G normal). Si s’elimina l’A quan hi és, davant de la GO ficarà una C i tornaríem a estar com al principi.
En el següent cas hi ha una G metilada en l’oxigen 6, però podria ser qualsevol altra base alquilada en una altra posició. Si en un DNA hi ha bases alquilades y s’ha de replicar, açò pot induir aparellaments incorrectes i transicions. Però, hi ha enzims específics (alquil transferases) que eliminen els alquils perquè la base torni a ser la original.
Aquestes transferases s’enganxen al grup alquil per la cisteïna (aminoàcid responsable del segrest de l’alquil).
Doncs, quan l’enzim es metila, ja no pot desmetilar més. Llavors, quan hi ha molt de dany, aquest sistema podria saturarse.
Imaginem que hi ha alquilacions que no han pogut reparar-se. Açò podria reparar-se per escissió, la qual cosa es de tipus generalista (serveix per tot, no per cap dany en particular).
També podria haver-hi una resposta adaptativa: la cèl·lula produeix més enzim per reparar més dany. Aquesta resposta no es dóna en eucariotes, sinó que es característica de bacteris i està sota un reguló. Quan la cèl·lula ho necessita perquè arriba alguna senyal, augmentarà la transcripció dels gens implicats i necessaris.
Imaginem que no hi ha hagut danys i els gens implicats en la resposta adaptativa es produeixen a nivell basal (no hi ha zero producció, sinó que hi ha molt poca). Com que no hi ha dany, no necessitem reparar ni estimular la producció d’aquestes proteïnes implicades en la reparació.
Exemple: tenim G i T metilades. Un senyal indueix l’activació dels gens implicats en la reparació. El gen ada codifica per una proteïna que pot capturar dos grups metil. Quan el producte d’ada està doblement metilat, es col·loca en la regió promotora dels gens sota el reguló de la resposta adaptativa. Per tant, s’activa la transcripció aquests gens d’una manera molt potent. Llavors, quan baixi l’alquilació de les bases, també ho farà la transcripció d’aquests gens.
Però quan hi ha massa dany, les cèl·lules triaran la via apoptòtica per no transmetre el dany a la seva descendència.
Reparació per escissió Reparació per escissió de nucleòtids: sistema NER Per exemple, tenim dímers de pirimidines. Hi ha dues senyals que indiquen a la cèl·lula que certes endonucleases han de tallar a banda i banda del dany, a més o menys distància. Ara, tota la regió ha de ser eliminada per exonucleases. Com a la cadena de baix hi ha la seqüència correcta, aquesta s’utilitzarà de motlle perquè la DNA polimerasa pugui reparar el forat.
Si la polimerasa funciona correctament, no es produirà cap canvi a nivell de base. Però aquest mecanisme és error prone (pot cometre errors, com incorporar bases que no toca).
A més, després la lligasa haurà d’actuar per restablir la continuïtat del DNA.
Reparació per escissió de bases: sistema BER Hi ha una base alterada reconeguda per una glicosilasa específica que la elimina: queda un lloc abàsic. Com que l’altra cadena està intacta, s’incorporarà la base correcta o no si el sistema s’equivoca. Després actuarà la lligasa.
Quan hi ha un adducte voluminós, no pot actuar BER, sinó que tindrà que actuar NER, el qual actua davant de distorsions de la molècula del DNA.
Imaginem una reparació pel sistema BER i una altra per NER. Quina teòricament pot cometre més errors? El sistema NER, ja que tracta errors més grans.
Ara tenim dues bases que no són complementtàries, és a dir, tenim un parell de bases erroni o missmatch. Açò es podria reparar per BER: s’elimina la G i es col·loca una A davant de la T.
Però per què eliminem la G i no la T? Pel patró de metilació del DNA: eliminarem la base de la monocadena on el GATC no està metilat (parlant de bacteris), ja que la cadena nova encara no està metilada.
Llavors, aquest sistema ha d’actuar després de la replicació del DNA però abans de la metilació del DNA. Si tardem massa, la cadena nova també estarà metilada. Doncs, el sistema ja no podrà discriminar i s’eliminarà una base a l’atzar.
En eucariotes no se sap ben bé com passa açò. No es coneix ben bé com es discrimina la cadena nova de la vella. Molts estudis diuen que es pels fragments d’Okazaki, ja que en la cadena retardada hi ha nicks. Doncs, segons aquesta hipòtesi, en la cadena no retardada, l’eliminació d’una de les bases serà a l’atzar i la freqüència d’error serà del 50%.
Replicació post-replicativa Els dímers de pirimidines no són reconeguts per la polimerasa, llavors aquesta deixa un gap sense replicar. Doncs, pot passar que hi hagi un intercanvi semblant a la recombinació general on es generaria una molècula amb els dos dímers i els dos gaps i una altra cadena sense danys. El producte deficient s’eliminaria.
Resposta SOS Aquest mecanisme, present a E. coli i altres bacteris relacionats, actua quan al DNA hi ha molts errors, com buits, dímers o altres distorsions, que dificulten la replicació. Aleshores, el bacteri indueix l’expressió d’uns 25 gens, els productes dels quals permeten que la replicació es produeixi en aquests tipus de lesions, a costa de la seva fidelitat.
És un sistema que només s’ha demostrat en bacteris. Només actua quan amb els altres sistemes de reparació no hi ha prou per reparar el danys en el DNA. És a dir, actua en situacions d’emergència amb molt de dany.
La transcripció dels gens implicats en la resposta és regulada, al menys en part, per un repressor comú la proteïna LexA, producte del gen lexA. Entre aquests gens hi trobem els següents: recA, uvrA, uvrB, uvrD, sulA i sulB. El sistema implica la proteïna RecA. Aquesta proteïna RecA és activada pel DNA de cadena senzilla, interacciona amb la LexA i causa la seva escissió, suprimint la seva activitat repressora i induint d’aquesta manera la resposta. Es tracta d’un sistema de reparació propens a error.
LexA i RecA, segons si estan activades o no, actuaran o no en el sistema SOS. Intervenen molts gens, com acabem de veure, que actuen de manera cooperativa.
La denominació SOS és deguda a que és l’últim recurs que té la cèl·lula per minimitzar el dany en el seu DNA. Quan s’ha activat el sistema, la forca de replicació en comptes d’aturar-se perquè la cadena motlle conté múltiples errors, avança sobre la regió afectada. Això és possible gràcies a que els enzims dels sistema SOS tenen condicions molt laxes pel que fa a l’aparellament de bases i afegeixen nucleòtids molt sovint de manera incorrecta. A més a més, el sistema corrector de proves de la polimerasa també està relaxat per tal de permetre que la polimerització es produeixi malgrat la distorsió existent.
Per les seves característiques, la reparació SOS és mutagènica però permet que la cèl·lula sobrevisqui al dany en el DNA. SOS implica molts talls en el DNA. S’eliminen regions danyades que després s’hauran de replicar, però com en aquest sistema no actuen les polimerases normals (II, IV i V), aquestes poden fer-ho sense cadena motlle i llavors, moltes vegades s’equivoquen de base.
Això passa perquè així es manté la continuïtat del cromosoma i d’aquesta manera, la cèl·lula pot replicar. Després, quan el mutagen desapareix, la cèl·lula podrà repara els errors que ha provocat el sistema SOS.
Resumint, el en el sistema SOS hi ha implicats més de 25 gens. RecA, quan s’activa inhibeix LexA, el repressor de la transcripció dels gens implicats en aquest sistema. Quan RecA s’activa degut a que hi ha trossos de cadena senzilla per un escissió o degut a que la DNA polimerasa no pot replicar un tros i se’l salta, trenca LexA (desfà la forma dimèrica) i llavors, aquest ja no podrà reprimir l’expressió dels gens implicats en el sistema SOS.
El sistema SOS permet que s’incorporin bases a la nova cadena, encara que siguin errònies. Llavors, es un sistema de reparació propens a error. Si la replicació no es podria dur a terme, el bacteri no podria dividir-se. Llavors, el SOS manté la integritat del cromosoma, la qual cosa permet que la cèl·lula es pugui dividir. Després, quan els agents mutagènics desapareixen del medi, es repararan les mutacions que SOS ha provocat.
A més, tot açò podria ser avantatjós perquè algunes de les mutacions provocades per SOS podrien ser favorables per la cèl·lula, ja que li permetrien adaptar-se a les condicions davant d’un canvi ambienta advers.
SOS és un mecanisme presenta a bacteris i està molt ben estudiat a E. coli. A llevats podem trobar gens semblants als del sistema SOS, però no formen un reguló ni res paregut.
Si el dany és moderat, SOS no es dispara, sinó que el bacteri repararà el dany d’altres maneres. El sistema SOS sols es dispararà en ocasions d’urgència.
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 a genotoxines o implicats en una resposta sota estrès.. Però no s’ha posat de manifest el funcionament d’un reguló equivalent al del sistema SOS bacterià.
Existeixen gens clarament involucrats en la mutagènesi: - - RAD (radiation sensitivity), els quals intervenen en una reparació per escissió de nucleòtids (sistema NER). Per 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.
Si aquests gens o els seus productes estan defectuosos, no podran reparar tan com deurien i llavors, l’efecte net serà més negatiu que de normal.
RNR (ribonucleòtid reductasa) i POL1 (polimerasa α), possiblement involucrats en la reparació per recombinació.
DIN (damage inducible): induïble pel dany per radiació.
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.
*Xenobiòtic: element que no es fabrica en l’organisme de manera normal.
Després del dany poden passar dues coses: - Aturada del cicle cel·lular a fase S com a resposta al dany genètic.
Apoptosi: mort cel·lular programada després de massa trencaments dobles i dany oxidatiu (radicals lliures).
Es produeix una condensació del nucli i de la cèl·lula que, una vegada morta, és fagocitada perquè no provoqui efectes inflamatoris en l’individu.
...