modelo de corrección de prueba de la ADN polimerasa

Transcripción

1 Las mutaciones pueden ser el resultado de una incorporación incorrecta de bases durante la replicación o producto de cambios químicos espontáneos o debidos a la exposición de agentes químicos y/o radiaciones Friedberg modelo de corrección de prueba de la ADN polimerasa La fidelidad en la replicación es crucial para la reproducción celular. Se estima que la frecuencia de errores durante la replicación corresponde a una base cada 10 9 a nucleótidos incorporados. Este frecuencia es mucho más baja que la predecida en base a la complementaridad de las bases. Esto se debe a las propiedades de la DNA polimerasa. 1

2 Reparación del ADN Las mutaciones son cambios estables en la estructura del ADN Los mutágenos pueden ser compuestos químicos o radiaciones El ADN es reparado mas que degradado Una de las causas del cáncer es una deficiencia en la maquinaria de la reparación Los organismos están sometidos a una serie de injurias (daños) y se activa una serie de respuestas, entre ellas el detenimiento del ciclo celular y/o la apoptosis Como consecuencia y de acuerdo al tipo de daño sufrido se inicia el mecanismo de reparación del ADN Los sistemas de reparación en procariotes y eucariotes son homólogos Mecanismos de Reparación Tipos de Daño Deaminación de Bases Remoción del grupo amino (citosina-uracilo) (adenina- hipoxantina) (guanina-xantina) Problema de mal apareamiento, transmisión de una mutación Agentes que causan deaminación Calor (37ºC) Hidroxilamina (in vitro, citosina) Bisulfito (citosina simple cadena) Ácido Nitroso (aditivos alimenticios; adenina y guanina) Mecanismos de Reparación Tipos de Daño Daño por Especies Reactivas del Oxígeno Una consecuencia del crecimiento en aerobiosis es la exposición de macromoléculas a especies reactivas del oxígeno Superóxido, peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilos, 8-oxiG Alquilación de Bases Adición de grupos metilos Puede ocurrir como una respuesta normal, o por mutágenos O 4 timina, N 7 metilguanina, N 3 adenina, N 7 guanina, O 6 O 4 metilguanina Mal apareamiento Mecanismos de Reparación Tipos de Daño Daños del ADNA y causas Lesiones Voluminosas y Aductos Factores ambientales UV (dímeros ciclobutano, pirimidinas) Ruptura de Doble Cadenas Factores ambientales Rayos X, Rayos gama, Agentes reactivos 2

3 Carcinogenos Clases de Mecanismos de Reparación Reversión directa del daño. Remoción de bases dañadas y reemplazo con ADN sintetizado de novo. Mecanismo de Excisión Es el mecanismo de reparación más importante en el hombre. El ADN dañado es reconocido, removido ya sea como bases libres o como nucleótidos, y el hueco es llenado a través de la síntesis de nuevo ADN utilizando la cadena complementaria. Mecanismo de Excisión Reparación por escisión de bases (BER) Reparación por escisión de nucleótidos (NER). Reparación por mal apareamiento. 3

4 NER NER remueve un trozo de ADN que contiene el daño. El oligonucleótido removido es de 29 bases. Xeroderma pigmentosum (XP) es una enferme-dad caracterizada por la extrema sensibilidad de la piel a la radiación UV. Las células de estos pacientes son deficientes en la reparación del ADN. NER El paso de reparación por escisión de nucleótidos (NER) está involucrado en varios tipos de daños de ADN La reparación es más rápida y más completa en aquellas secuencias que son transcriptas activamente por polimerasa II. Estos dos pasos se conocen como reparación asociada a la transcripción (TCR) y reaparación global del genoma (GGR) NER (humanos) Básicamente intervienen seis proteínas, algunas de ellas formadas por múltiples subunidades. XPA, RPA, XPC-hHR23B, TFIIH, XPG, ERCC1-XPF. XPC reconoce el error, TFIIH posee actividad de helicasa, XPG corta en 3 y XPF en 5. El fragmento que incluye al daño es removido y la Polδ ε XPC es la proteína con menor participación en el proceso de NER. Es el único factor complementario que no es indispensable en TCR TFII H El factor de transcripción basal TFII H está compuesto de nueve subunidades, dos de las cuales, (XPB y XPD) son helicasas con polaridades opuestas. Xeroderma Pigmentosum 4

5 XP es una enfermedad rara recesiva y autosómica que se caracteriza por la extrema sensibilidad de la piel a la luz solar. Comparado con individuos normales pacientes XP tienen un riesgo 1000 veces mayor de desarrollar cáncer en áreas de la piel expuestas al sol. En estos pacientes se encuentra alterada la reparación de daños del ADN inducidos por la luz UV como consecuencia de mutaciones en genes que forman parte del mecanismo de reparación conocido como reparación por excisión de nucleótidos XP El desarrollo del cáncer de piel es un proceso que consiste en varias etapas iniciadas cuando UV produce daño en el ADN tal como dimeros de pirimidina ciclobutano (CPD) y fotoproductos 6-pirimidina-4-pirimidina (6-4)PPs. En respuesta al daño, se inician una serie de mecanismos de defensa, tales como reaparación de ADN, inducción de p53 (apoptosis o detención del ciclo celular) XP Aproximadamente 80% de los pacientes XP han sido clasificados en siete grupos de acuerdos a los genes defectuosos. Estos pacientes poseen defectos a nivel de NER. Existen otros, un 20%, que han sido designados como XP-variantes (XPV) cuyo defecto es a nivel postreplicativo. XP Mutaciones en XPD y XPB (helicasas) pueden originar diferentes cuadros clínicos: XP, XP combinado con síndrome de Cockayne (CS) o trichotiodistrofia (TTD). 5

6 Características clínicas de sindromes relacionados con NER Características XP XP-CS CS TTD Piel sensible al UV b + b Cáncer de piel Degeneracion neuronal primaria ± c Neurodismielinización Retraso mental ± c Enanismo ± c Cabello y uñas quebradizas Ictiosis Síndrome de Cockayne Es muy raro (menos de 200 casos). Células CS tienen una sensibilidad similar a la UV como las células XP. Los defectos moleculares se manifiestan en la reparación de genes que se transcriben. Dos grupos: CS-A y CS-B. 6

7 Mismatch repair Este sistema reconoce bases mal complementadas resultante de la replicación. Rastrea ADN recién replicado, identifica la complementaridad errónea y remueve la base errónea en la nueva cadena. En E.coli identifica la nueva cadena pues ésta todavía no se encuentra metilada en GATC (A es la que se metila). Reparación por Mal Apareamiento Errores en la replicación así como cambios en las bases provocan mal apareamiento que son reparados por MMR Originalmente conocido como methyl mismatch repair por estar involucrada la enzima Dam metilasa de Ecoli GATC (la adenina se encuentra metilada en bacterias que poseen Dam metilasa) Mutantes dam poseen incrementada su tasa de mutación Los genes MutS, MutH y Mut l están involucrados Reparación por Mal Apareamiento Mutaciones en MSH2 y MLH1 están asociadas a el cáncer colorectal sin poliposis hereditario (HNPCC). Se puede observar en las células tumorales una inestabilidad de microsatélites (MSI) 7

8 Rupturas de doble cadena (DSB) DSB se producen por el efecto de radiaciones ionizantes y durantes ciertos procesos de recombinación específicos como la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune. Los eucariotes poseen dos sistemas diferentes de reparación: recombinación homóloga y la unión de terminaciones de ADN no homólogos (NHEJ). Este último proceso es el que predomina en mamíferos. Esto se podría deber a que existen numerosas secuencias repetitivas que podrían ocasionar amplificaciones o deleciones génicas si HR fuese común Tutt y Ashworth Alrededor del 10% de los tumores de mama tienen un componente familiar. Entre estos encontramos alrededor de un 15-20% con mutaciones en BRCA1 o BRCA2 Cuando existen 6 o más miembros de una familia con tumores de mama el % asciende al 80%. Ratones deficientes en BRCA2 presentan aberraciones cromosomales. Patel et al 8

9 Rupturas de doble cadena (DSB) DSB se producen por el efecto de radiaciones ionizantes y durantes ciertos procesos de recombinación específicos como la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune. Los eucariotes poseen dos sistemas diferentes de reparación: recombinación homóloga y la unión de terminaciones de ADN no homólogos (NHEJ). Este último proceso es el que predomina en mamíferos. Esto se podría deber a que existen numerosas secuencias repetitivas que podrían ocacionar amplificaciones o deleciones génicas si HR fuese común Rupturas de doble cadena (DSB) DSB se producen por radiaciones ionizantes. Ataxia telangiectasia (AT) y el síndrome de Nigmegan son productos de deficiencia en la reparación de DSB. DSB también ocurre durante la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune. Esto podría explicar la prevalencia de tumores linfoides en AT y NBS. Reparación de uniones terminales de ADN no homólogos Ataxia Telangiectasia Rasgos clínicos: ataxia cerebelar progresiva, deficiencia inmune, telangiectasia oculocutánea sensibilidad a las radiaciones ionizantes. Autosómico recesivo (1/ ) % riesgo de desarrollar la enfermedad usualmente linfomas (60%) o leucemias (30%). Aberraciones cromosomales: rupturas, huecos, trnslocaciones (7:14 en 5-15%) Ataxia Telangiectasia Gen ATM (11q22-23) 66 exones, más de 300 mutaciones. La función es detectar dobles rupturas y activar ciertos puntos de control del ciclo celular. Los heterozigotas tienen mayor riesgo de cáncer especialmente de mama. 9

10 Síndrome de Ruptura de Nijmegan (NBS) Rasgos clínicos: baja estatura, microcefalia progresiva y aumento en el riesgo de cáncer especialmente linfomas. Autosómico recesivo. Muy similar a AT. Más común en poblaciones de Europa del Este. Síndrome de Ruptura de Nijmegan (NBS) Inversiones y translocaciones 7:14. Gen NBS1 (8q21) codifica para nibrina, quee estaría asociada a proteínas de la maquinaria de reaparación. Posible incremento de cáncer en los heterozigotas. Anemia Fanconi Autosómico recesivo (1/ ). Ruptura espontánea de cromosomas. 8 grupos (A-H) (A y C clonados; A: 69%). FAA (16q24.3) y FAC codifican para proteínas de función no conocida. Los rasgos clínicos incluyen fallas en la médula ósea. Malformaciones renales, cardíacas, miembros. Anemia Fanconi Los heterezigotas poseen mayor riesgo de cáncer. Síndrome de Bloom Autosómico recesivo (prevalece en judíos ashkenazi). Alta frecuencia de rupturas en cromosomas. BLM (15q26) miembro de la familia RecQ (helicasa). La ausencia de la proteína desestabiliza a otros factores involucrados en la reparación. Síndrome de Bloom Sígnos clínicos: bajo peso al nacimiento deficiencia en el crecimiento, defectos severos inmunológicos. 20% desarrolla neoplasmas; leucemia, linfomas y otros tipos de carcinomas. Los heterozigotas no poseen mayor riesgo de cáncer. Expectativas de vida: no más de la adultez. 10

11 Síndrome de Werner El síndrome de Werner es una enfermedad autosómica recesiva causante de un envejecimiento prematuro. El gen involucrado codifica para una proteína cuya función es de helicasa. Las mayoría de las mutaciones encontradas se encuentran en la región codificante dando como resultado una terminación prematura. Síndrome de Werner La proteína incompleta no es capaz de localizarse en el núcleo. Células de pacientes con SW tienen una vida media menor en cultivo que las células normales. Síndrome de Werner Sindrome de Werner Relación entre la longevidad y capacidad de reparación Log. Dec.Potencial máximo de años de vida 2.0 hombre Elefante india Vaca 1.0 Hamsster Rata noruega Ratón de campo Musaraña Tasa relativa de reparación 11