REPARACIÓN DEL ADN

Daño: Se refiere a cambios químicos en el DNA. Mutación: Se refiere a cambios en la secuencia de bases del DNA.

Existen múltiples maneras para dañar el ADN… Agentes Físicos: Radiación UV solar  Dimerización de pirimidinas (T·T, C·T y C·C.) Rayos X y gama  Ionizan a las moléculas que rodean el ADN generando especies altamente reactivas que rompen una o ambas cadenas.

Naturales P. Ej. Toxinas que forman aductos covalentes con el ADN Agentes Químicos Naturales P. Ej. Toxinas que forman aductos covalentes con el ADN Sintéticos Etilmetanosulfonato EMS (acetilación), Nitrosaminas (metilación) Metilación o acetilación de las bases en los átomos (O/N) que participan en la formación de puentes de H, desestabiliza la doble hélice de DNA y hace esa zona susceptible a mutación. …. Y estos daños solamente conducen a una mutación cuando no son reparados

Errores en la replicación Los tipos de daño que desencadenan los sistemas de reparación se pueden dividir en dos clases generales: 1) Cambios de una base: afectan la secuencia, pero no la estructura total del DNA.  Ellos no afectan la transcripción o replicación, cuando las cadenas del DNA dúplex se separan.  Así estos cambios ejercen su daño sobre futuras generaciones a través de las consecuencias del cambio en la secuencia del DNA. Errores en la replicación

Desaminación 100 al día

Generalmente son timinas. 2)Distorsiones estructurales: ellas causan un impedimento físico a la replicación y transcripción. Un ejemplo muy estudiado es la formación de dímeros de pirimidinas. Otros ejemplos son la introducción de enlaces covalentes entre bases de cadenas opuestas y la adición de aductos. Entrecruzamiento covalente de pirimidinas adyacentes en la misma cadena de DNA. Generalmente son timinas.

Alquilación Depurinación Sitio apúrico (AP) Depurinación 5000 al día La característica común de todos estos cambios que el segmento de la agregación dañado se mantiene en el ADN y continua causando problemas estructurales, induce mutaciones o ambas, hasta que se retira.

MECANISMOS DE REPARACION 1- Sistemas de Reparación directos Enzimas que revierten directamente el daño. Por estos mecanismos se reparan: metilación de guanina, y en algunos vertebrados dímeros de pirimidína. No intervienen nucleasas ni ADN-polimerasas. Fotoreactivación (ruptura de los dímeros de pirimidinas por acción de una fotoliasa (phr) activada mediante luz visible). 2- Sistemas de Reparación Indirecta Hay intervención de nucleasas y ADN-polimerasas. Se necesita hebra “molde” perteneciente al mismo cromosoma o al homólogo. Reparación por Escisión (BER , NER, MMR) Reparación de nucleótidos(NER) aislados por lesión UV: necesita la otra hebra como templado (hasta 30 bp). Intervienen las endonucleasas uvrA,B,C y la helicasa uvrD. Además de foto productos, repara lesiones voluminosas (bulky) que distorsionan la conformación del dúplex y que obstaculizarían la transcripción y replicación.

 Reparación post- replicativa Reparación de bases modificadas (BER).- Repara casos de alteraciones puntuales en bases nitrogenadas (lesiones NO voluminosas) producidas por alquilación, oxidación o desaminación. Se origina un “sitio AP” y luego se retira el nucleótido “AP” y se re sintetiza la hebra)  Reparación post- replicativa Reparación del apareamiento (MMR) (“mismatch repair”): Su principal tarea es remover bases mal aparadas y pequeños “loops” introducidos por inserciones / deleciones durante la replicación una metilasa reconoce DNA recientemente replicado (dam) e intervienen las proteínas “mut” (helicasas, etc). En otros organismos pueden ser otras señales. Reduce los errores de replicación de 10-7 a 10-10 pb / replicación

… Reparación post- replicativa Recombinación Homóloga (HR) Reparación de ambas cadenas Usa ADN homólogo como templado y es altamente exacto Más activo durante la Fase S y G2 Unión de extremos no homólogos (NHEJ) No usa ADN templado y generalmente se pierden algunos nucleótidos. Más activo en la Fase G1

1)Reparación Directa de Daño al DNA Fotoreactivación Sistema de reparación acttivado por presencia de luz. Fotoliasa.-Detecta al DNA dañado y se une a éste. La enzima absorbe luz azul y se activa. Rompe los enlaces covalentes entre los dímeros de timina. La enzima se disocia y se separa del DNA.

Reparación por escisión de Bases (BER) 1) Iniciado por DNA glicosilasa específica reconoce el daño, corta la unión glicosílica entre base y azúcar y se forma el sitio AP 2) Sitio AP reconocido por AP endonucleasa (corte 5’ de AP). 3) Fosfodiesterasa (corte 3’). 4) DNA polimerasa rellena el gap DNApol I (E.coli), DNA pol  (mamíferos). 5) DNA ligasa 2)Reparación Indrecta de Daño al DNA De acuerdo al tipo de glicosilasa que inicie el mecanismo puede seguir distintas vías de reparación

Reparación por escisión de Nucleótidos (NER) Escinucleasa uvrABC realiza este tipo de reparación en dímeros de timina, otros fotoproductos y bases dañadas. Escinucleasa (246 kDa) está compuesta por tres subunidades (A, B y C) UvrA se une al DNA en la región dañada. UvrB/UvrC tienen actividad de endonucleasa y corta en los lados adyacentes de la cadena liberando un oligonucleótido La región “vacía” es rellenada por una DNA polimerasa I y sellada por una DNA ligasa. E.coliSistema Uvr ABC: Remoción de 12nt EucariotaRemoción de 24-29 nt

Reparación del apareamiento MMR E.coli genes mut S, L, H Reemplaza hasta 1kb Metilación diferencial (dam, dcm) MutS reconoce el mismatch MutH distingue ambas cadenas Corte en GATC en la cadena no metilada Mut L coordina actividad de Mut S y H En eucariotas homólogos de proteínas Mut

Unión de extremos no homólogos (NHEJ) Mecanismos de reparación cuando las dos cadenas se dañan Unión de extremos no homólogos (NHEJ) Recombinación Homóloga

Reparación por recombinación

Reparación sujeta a errores Inducción del sistema SOS Activado por el frenado del complejo replicativo por daño en el DNA no reparado Desacoplamiento de replicación de cadena líder y retrasada •Activación de proteína Rec A por unión a DNA de cadena sencilla •Rec A (coproteasa)Degradación de Lex A (represor transcripcional) •Activación de transcripción de alrededor de 40 genes Los de productos de umuC y umuD forman las subunidades de la DNA polimerasa V

RecA se une a DNA de cadena sencilla Se observa una alta tasa de mutación

En resumen…. Agente causal Tipo de Daño Tipo de Reparación

Actividad de RuvA www.sdsc.edu/journals/mbb/ruva.html