REPARACIÓN DEL ADN
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REPARACIÓN DEL ADN
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• Daño: Se refiere a cambios químicos en el DNA.• Mutación: Se refiere a cambios en la secuencia de bases del DNA.
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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.
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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
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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
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Desaminación100 al día
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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.
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Alquilación
Depurinación
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.
Sitio apúrico (AP)
5000 al día
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MECANISMOS DE REPARACION1- 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 IndirectaHay 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.
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• 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
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… 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) Reparación de ambas cadenas No usa ADN templado y generalmente se pierden algunos
nucleótidos. Más activo en la Fase G1
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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.
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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 ligasaDe acuerdo al tipo de glicosilasa que inicie el mecanismo puede
seguir distintas vías de reparación
2)Reparación Indrecta de Daño al DNA
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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.coliSistema Uvr ABC: Remoción de 12ntEucariotaRemoción de 24-29 nt
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E.coli genes mut S, L, H
Reemplaza hasta 1kbMetilación diferencial (dam, dcm)
MutS reconoce el mismatch
MutH distingue ambas cadenasCorte en GATC en la cadena no metilada
Mut L coordina actividad de Mut S y H
En eucariotas homólogos de proteínas Mut
Reparación del apareamiento MMR
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Mecanismos de reparación cuando las dos cadenas se dañanUnión de extremos no homólogos
(NHEJ)Recombinación
Homóloga
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Reparación por recombinación
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Reparación sujeta a erroresInducción 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
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•Se observa una alta tasa de mutación
RecA se une a DNA de cadena sencilla
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En resumen….
Tipo de Daño
Tipo de Reparación
Agente causal
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www.sdsc.edu/journals/mbb/ruva.html
Actividad de RuvA