Reparación y Recombinación de DNA

Reparación y Recombinación de DNA

Metabolismo celular Exposición Luz UV Radiación ionizante Exposición Química Errores en replicación Activación Control Ciclo celular Activación Programa transcripcional Reparación de ADN: ü Reversión directa ü Escisión de base ü Escisión de nucleótido ü Reparación de error ü Reparación por Recombinación homóloga Apoptosis

MUTACIONES EN EL ADN Mutaciones espontáneas (10 5 10 8 ) Mutaciones inducidas (por mutágenos) Mutaciones puntuales v Mutaciones indel : Adiciones o deleciones de base v Substitución de base: transición (A G; G A) transversión (C G; C A; T G; T A)

Repercusión a nivel de proteína v Mutación sinónima v Mutación de error AAA Lys básico UUU Phe AGA Arg básico hidrofóbico polar CAG UAG v Mutación sin sentido Gln Stop v Mutación de marco Adición de 1 pb (rojo) AAG ACT CCT Deleción de 1 pb (rojo) AAG ACT CCT UCU Ser AGA Arg Conservativa AGG Arg No conservativa AAG AGC TCC T AAA CTC CT S U S T I T U C I O N I N D E L

Alteraciones en el ADN Depurinaciones por ácido, calor, glicosilasas Alquilación, radiación ionizante, radicales libres Agentes intercalantes, radiación UV

Depurinación y desaminación de citosina 5000 al día 100 al día

Otras Desaminaciones

Citosinas metiladas al desaminarse producen timina C - G T - A

Los mutágenos externos incrementan la proporción de mutaciones Agentes mutagénicos físicos: Rayos X Rayos UV Radiaciones α, β y γ Agentes mutagénicos químicos: gas mostaza algunos pesticidas humo de tabaco sustancias naturales de plantas y microorganismos

Mutágeno Aflatoxina = Depurinación Aspergillus flavus Introduction to Genetic Analysis Anthony Griffiths, VIII Ed.

Etil Metano Sulfonato (EMS) Agente alquilante Transición de base G-C A-T T-A C-G

Rayos UV = Dímeros de pirimidinas Exposición a radiaciones ultravioleta

Reversión Directa ü Fotoreactivación ü Eliminación de CH 3 Mecanismos de Reparación de DNA Daño en una sola cadena ü Reparación por escisión de bases (BER) ü Reparación por escisión de nucleótidos (NER) ü Reparación por desapareamiento (MMR) Ruptura de la doble cadena ü Recombinación homóloga

Reversión directa: fotoreactivación FOTOLIASA Solo se activa por luz visible No está en humano

Reparación por escisión de base (BER) DNA glicosilasas crean un sitio AP (sin base) AP endonucleasa elimina un fragmento de DNA DNA pol I rellena, ligasa sella

Reparación por escisión de nucleótido (NER) UvrABC (escinucleasa) Helicasa separa el fragmento DNA pol I rellena, ligasa sella

Reparación por desapareamiento (mismatch repair, MMR) MutS reconoce desapareamiento MutL y MutH se unen y recorren el DNA hasta un grupo metilo MutH corta la cadena NO metilada (nueva síntesis) Helicasa desenrolla, Exonucleasa degrada el DNA hasta el desapareamiento DNA pol III rellena, ligasa sella

Mecanismos de Recombinación 1. Recombinación sitio-específica Conjugación Ciclo lisogénico bacteriófago 2. Recombinación ilegítima Transposición 1 2 T T 3 T 3. Recombinación homóloga Recombinación en meiosis Reparación de DNA

Recombinación Sitio-específica: Integración del plásmido F al cromosoma o Se requieren sitios homólogos de recombinación. o Hay corte ENDOnucleolítico en ambas moléculas de DNA o Como las dos moléculas de DNA son circulares el resultado es una sóla molécula con ambos DNA integrados

Elementos transponibles (Transposones) Elementos móviles en el DNA Presentes en plásmidos, virus, bacterias, eucariontes Contienen secuencias repetidas en los extremos Su movimiento puede producir mutaciones o rearreglos cromosómicos y afectar la expresión de genes.

Secuencias de inserción (IS) secuencias repetidas e invertidas IR transposasa IR Cuando los IS aparecen en el medio de los genes, pueden interrumpir la secuencia codificante e inactivar la expresión del gen. Fueron descubiertos por primera vez en E.Coli en el operon gal y son los transposones más simples. Tienen entre 700 y 1500 pb y se han encontrado en eubacterias y arqueobacterias. También son frecuentes en bacteriófagos y plásmidos

Transposición de una IS AGGTAAGGTAG TCCATTCCATC Transposase cuts target-site DNA. AGG TCCATTCC TAAGGTAG ATC Transposable element inserts. AGG TCCATTCC TAAGGTAG ATC Host repairs gaps. AGGTAAGG TCCATTCC TAAGGTAG ATTCCATC Five-base-pair direct repeat flanks element. Sitio de inserción Se crean repetidas directas externas a la IS

Transposones procariontes Introduction to Genetic Analysis, 8 th Ed.

Transposones eucariontes

Mecanismos de transposición

Los transposones son responsables de incrementos en el tamaño de los genomas Exposición: 05 de noviembre 2018 1) Cómo se controlan los transposones en los genomas? 2) Cuál es su relevancia para los organismos? Slotkin & Martienssen, 2007: Nature Review Genetics Vol. 8: 272-285

Recombinación homóloga en Meiosis Profase I: recombinación Genotipo Parental Genotipo Recombinante Resultado de la recombinación Genotipo Recombinante Genotipo Parental

Mecanismo I de Recombinación homóloga 1. Corte inicial en una de las cadenas del dúplex de ADN. 2. Desplazamiento de la cadena rota por helicasa y síntesis nueva de ADN 3. Invasión de la cadena sencilla a un dúplex con secuencia homóloga 4. Desplazamiento de la cadena correspondiente en el segundo dúplex 5. Sellado de los cortes iniciales y formación de Unión Holliday 6. Resolución de la Unión Holliday

Doble hélice I Doble hélice II 1 2 3 4 1 Resolución del MODELO HOLLIDAY 3 4 2 Corte V H

Mecanismo II de Recombinación homóloga 1. Corte endonucleolítico en las dos cadenas de DNA 2. Generación de DNA de cadena sencilla 3. Invasión de la cadena sencilla a la región homóloga de otro dúplex 4. Formación de estructura D y desplazamiento por síntesis nueva de DNA 5. Migración recíproca y doble entrecruzamiento 6. Se forman dos uniones Holliday que migran en sentido opuesto

Reparación de DNA por recombinación en bacteria 1. RecBCD realiza el corte endonucleotídico (nucleasa). 2. RecBCD se mueve (helicasa) hasta encontrar el punto recombinativo CHI. sitio chi 5 GCTGGTGG3 3 CGACCACC5 3. RecBCD corta la cadena donde se identificó CHI, y la subunidad D (nucleasa) se desprende 4. Las subunidades BC continuan desenrollando el ADN para formar la cadena sencilla INVASORA RecBCD (bacteria): helicasa (BC) y nucleasa (D) que forman una cadena sencilla de ADN INVASORA

Reparación de DNA por recombinación en bacteria Monómeros de RecA envuelven al ADN de cadena sencilla y promueven su encuentro con una región homóloga de otra doble hélice. Mediante hidrólisis de ATP, RecA facilita que la cadena del donador desplace a la cadena homóloga del receptor, y por lo tanto se empareje con la complementaria de ese receptor. En este proceso se forma una triple hélice transitoria y la estructura en D. Rec A

Reparación de DNA por recombinación en bacteria RuvABC resuelve las uniones Holliday Ruv A se une a las cuatro hebras del intermediario de Holliday Ruv B es hexámero con actividad de ATPasa que sirve de motor para su movimiento. El consumo de ATP permite girar a la molécula Ruv C es una endonucleasa que resuelve los intermediarios de Holliday

La reparación de ADN por recombinación homóloga es parte de la respuesta SOS en bacterias Nombre del gen Proteína o función en la reparación de DNA Genes exclusivos de reparación polb (dina) uvra uvrb umuc umud sula reca dinb Subunidad polimerasa de la DNApol II requerida para comenzar la replicación durante la reparación del DNA en recombinación Subunidades UvrA y UvrB en ABC de la escinucleasa DNA pol V Proteína que inhibe la división celular para dar tiempo a reparación del DNA Proteína RecA requerida para la reparación en recombinación DNA pol IV Genes involucrados en replicación de DNA que participan en reparación ssb uvrd hima recn Proteína SSB DNA helicasa II Recombinación sitio específica, replicación, transposición, regulación de la expresión Reparacón en recombinación

Enfermedades humanas asociadas a problemas en los mecanismos de reparación Enfermedad Proceso/Gen afectado Síntomas Xeroderma Pigmentosa (XP) Ataxia Telangiectasia (A-T) Anemia de Fanconi Síndrome de Cockayne Síndrome de Werner Síndrome de Bloom Reparación por escisión de nucleótidos (NER) Reconocimiento de daño al ADN Reparación de ruptura en el ADN Reparación acoplada a transcripción Mutación en un gen de ADN helicasa Mutación en un gen de ADN helicasa Fotosensibilidad en ojos y piel, Queratosis, Carcinomas de piel Desarrollo temprano de tumores Infertilidad, deformidad del esqueleto, anemia, leucemia Susceptibilidad a la luz solar, envejecimiento prematuro, enanismo Envejecimiento prematuro Hipersensibilidad a Rayos X y a luz solar, carcinomas