5. Reparación del DNA Flashcards
Daños al DNA
- Depurinación
- Deaminación
- Alkilación
- Intercalación
- Dimeros de pirimidina
Depurinación
Se hidroliza el nucleótido, queda sólo el azúcar depurinada, se va la purina, queda un sito apurínico en el DNA.
En la replicación del DNA dañado, se sustituye por una base aleatoria o se salta, llevando a deleción o substitución
Deaminación
Es de las mutaciones más frecuentes.
Se quita el grupo amino de la citosina, qudando uracilo.
Esto genera distorción en el DNA.
En la replicación, la A se une al uracilo, quedando AT en lugar de CG
Alkilación
Se pone un grupo metilo: de guanina a metilguanina, la cual se aparea con T en lugar de C, lo que causa que cuando se replique se forme AT en lugar de GC
Intercalación
Se meten agentes intercalantes y causan que el DNA se extienda y puede llevar a inserciones y deleciones.
Agente común: bromuro de etidio
Dímeros de pirimidina
La timina forma un enlace con la siguiente timina. Estos dímeros causan que se altere la interacción entre pares de bases, alterando el enlace fosfodiéster y causando prevención de la replicación del DNA
Transición vs transversión
Transición: en su mismo grupo (cambia de purina a purina o de pirimidina a pirimidina)
Transversión: cambian de grupo (de purina a pirimidina o viceversa)
Consecuencias de errores en la replicación
Las mutaciones se dan al azar, generan defectos
El problema son las mutaciones heredables
Inserción (pliegues)
Se inserta un codón extra en la duplicación, quedando como pliegue
Estos pliegues pueden causar el aumento de número de copias
Enfermedades causadas por la inserción (pliegue) o repetición de un codón
- Enfermedad de huntington
- Ataxia espinocerebelar tipo 1
- Enfermedad de Machado-Joseph
- Enf de Kennedy
- Sx de cromosoma x frágil
- Sx de cromosoma X-E frágil
- Distrofia miotónica
- Ataxia de Friedreich
¿Cómo se miden la cantidad de repeticiones que tiene como resultado de la inserción o repeticón de codón?
Por PCR, después de varias copias se van haciendo más pesadas, y se va calculando cuántas repeticiones se tienen
El ejemplo usa CGG, la del síndrome de cromosoma X frágil
Posibles deaminaciones
- Citosina a uracilo
- Adenina a hipoxantina
- Guanina a Xantina
- 5-metil citosina a timina
Esto se repara con la base-excision repair (reparación por escición de base)
Reparación durante la replicación: proceso
La DNA polimerasa tiene una exonucleasa
En el momento de un error, la cadena cambia de posición, llega a la exonucleasa y quita el error, después ya vuelve a insertar el correcto y continúa la replicación
Mecanismos de reparación
- BER: base-excision repair (reparación por escición de bases)
- NER: nucleotide-excision repair (reparación por escición de nucleótidos)
- Recombinación homóloga o no homóloga (recombination repair)
- Mismatch repair
Qué arregla la BER
- Bases anormales
- Base adducts (aductos de base)
- Rompimiento de cadena simple
- Sitios abásicos
Qué causa lo siguiente:
* Bases anormales
* Base adducts (aductos de base)
* Rompimiento de cadena simple
* Sitios abásicos
- Radiación X
- Agentes alkilizantes
- Hidrólisis
- Radicales libres de O2
Qué arregla la NER
- Aductos voluminosos (bulky adducts)
- Dímeros de timina
¿Qué causa lo siguiente?
- Aductos voluminosos (bulky adducts)
- Dímeros de timina
Radiación UV
Químicos mutágenos
¿Qué repara la recombinación homóloga y no homóloga?
- Rompimiento de las 2 cadenas
- Reticulación entre hebras
¿Qué causa lo siguiente?
- Rompimiento de las 2 cadenas
- Reticulación entre hebras
Rayos X
Agentes anti-tumores
¿Qué repara la mismatch repair?
- AG mismatch
- TC mismatch
- Inserción de bases
- Deleción de bases
¿Qué causa lo siguiente?
* AG mismatch
* TC mismatch
* Inserción de bases
* Deleción de bases
Errores en la replicación
NER en bacterias
Usando como ejemplo dímero de timinas en xioderma pigmentosa: hay dos opciones
- Se reconoce por distorción en la estructura del ADN. Se une XPC (con 23B), luego los factores XPB y XPD delimitan la lesión
- Se atasca la RNA polimerasa (que contiene a XPB y XPD) y manda a llamar a la NER
En estos dos casos, se recluta a la actividad endonucleasa: XPF y XPG unidos a RPA cada uno, también se une el factor TFIIH. Delimitan la lesión, hacen un corte en cada extremo (24-32 nucleótidos aprox). F corta en extremo 3’ y G corta en extremo 5’ (F a la derecha, G a la izquierda)
Después entra la helicasa, DNA polimerasa y la ligasa para reparar el sitio.
La RPA bloquea a los nucleótidos quitados para que no se vuelvan a unir
NER en eucariontes
Hay dos formas:
- Global: XPC detecta la lesión junto con hHR23B. Reclutan a TFIIH y XPG para desenrrollar al DNA
- En transcripción/replicación: Se detecta el daño, se inhibe a la RNA polimerasa II por CSB. Luego se une CSA y llama a TFIIH y XPG para desenrollar al DNA
Una vez que pasa esto, se une XPA y RPA al complejo. Después entra ERCC1/XPF. Se hace el corte. Entra PCNA, RFC y la DNA polimerasa δ/ε para reparar, luego la DNA ligasa liga lo que falta y ya
BER en bacterias
Se detecta el daño por la DNA glicosilasa. Se une y quita la base dañada
La AP endo/exonucleasa reconoce el sitio abásico, quita los enlaces fosfodiéster para remover el nucleótido
La DNA polimerasa pone el nucleótido con base correcto
BER en eucariontes
Hay dos formas: short patch base excision repair y long patch
- La corta hay dos maneras: se da el daño metilación y deaminación que luego lo detecta la DNA glicosilasa y quita ese nucleótido o se da hidrólisis espontánea y queda el sitio abásico. De estas dos, llega la APE1 (exoendonucleasa), quita el sitio abásico y se libera, luego se une XRCC1 y la polimerasa β. Este conjunto quita el nucleótido abásico (XRCC1) pone el nulceótido faltante (Pol-β), luego la DNA ligasa III une el nucleótido con la cadena
- Larga: daño por rayos X que quita una base. Llega PARP que quita el fósforo y OH anómalos, XRCC1 es reclutada por PARP, quita el nucleótido abásico si hay, después llama a PNK. PNK llama a PCNA pol δ/ε, que empieza a complementar las bases usando a la otra hebra de molde. Llega FEN 1 que corta la hebra extra y luego la DNA ligasa une los fragmentos.
Fotorreactivación
Es otro mecanismo de reparación que consiste en arreglar los dímeros de timina. Las proteínas de choque térmico (HSP) se unen al DNA inclinado por el dímero.
La DNA fotoliasa se une en la oscuridad, después la luz activa a la DNA fotoliasa, la luz mueve a los electrones y causa que se rompa el dímero de timina. Se forman los puentes de hidrógeno normales y queda arreglado
¿Cuándo funciona NER y cuándo funciona la foctorreacivación?
NER: en replicación y transcripción
Fotorreactivación: en lo demás
¿Cómo funciona la DNA fotoliasa?
Tiene cromóforo. El cromóforo absorbe un fotón de la luz y pasa la energía de exitación a la FADH, la FADH dona un electrón para catalizar el rearreglo del dímero de pirimidina. Una vez hecho esto, el electrón regresa a FADH
La fotoliasa tiene a FADH- como coenzima. Suelta electrón, rompe enlace covalente, regresa el electrón a FADH y se vuelve FADH-. Se repite el proceso
Mismatch repair (MMR)
Se usa en errores de replicación. Hay muchas proteínas involucradas.
- En bacterias: MutS, MutL, MutH; helicasa II, SSB, Exonucleasa I, VII y X, RecJ, holoenzima polimerasa III, DNA ligasa
- En eucarioes: MSH2/MSH6, MSH2/MSH3, MLH1/PMS1, MLH1/MLH2, MLH1/MLH3, RPA, Exonucleasa 1, RFC, PCNA, polimerasa, DNA ligasa
Cómo sabes cuál es la hebra molde
La hebra molde tiene citocinas metiladas
Proceso de mismatch repair en bacterias
Se equivoca la DNA polimerasa. Entran los factores MutS y MutL, se unen al mismatch y forman un complejo. Estos 2 factores escanean el DNA bidireccionalmente, fomrando un loop.
Entra MutH (dice cuál se repara). Corta la hebra sintetizada no metilada.
Entra la Helicasa II y la Pol 1 exonucleasa, separan y degradan el ADN recién sintetizado, cortando el error. DNA polimerasa III rellena el hueco la ligasa sella el DNA
Mismatch repair en eucariontes
Se Equivoca la polimerasa α/ε/δ durante la replicación. Se detecta y se activan MutSα (MSH2 y 6) y MutLα (MLH1 y PMS2). MutSα se une al sitio de equivocación, MutLα activa a MutSα e inhibe a la polimerasa D/E
Se une MutSβ, la exonucleasa 3’-5’, y MutLβ con FEN1. La exonucleasa quita el DNA sintetizado recientemente, MutLβ hace que MutSβ se pegue al otro sitio de error y se inhiba la polimerasa A.
Se une un complejo de exonucleasa para quitar la otra hebra recién sintetizada, se une la polimerasa A/D/E, con factores RFC, RPA, PCNA y se repara lo eliminado
Reparación de rompimiento de doble cadena de ADN
Se detecta una hebra rota por un sensor, recluta a cinasas ATM o ATR
Se da la fosforlicación de mediadores y efectores
Se reclutal más moléculas efectoras.
Se dan cambios celulares globales (apoptosis, regulación de la transcripción, control del ciclo celular)
Puede ser reparado por reparación homóloga o no homóloga
Diferencia cuando se rompe una cadena a cuando se rompen las dos cadenas
Cuando se rompe una cadena: se detecta el daño, se unen RPA, recluta a laproteína cinasa ATR, se une ATRIP que activa cinasas de checkpoint
Cuando se rompen dos cadenas: se detecta el daño, se une MRN, MRE11, A, B y NBS1 de cada lado, reclutan la proteína cinasa ATM, activa cinasas de checkpoint
Proceso de activación de ATR cuando se rompe una cadena de DNA
Se une RPA, se recluta a ATR, ATRIP y RAD17-RFC con 9-1-1.
Se unen al sitio de daño.
Entra TOPBP1
Se activa ATR:
- Control del ciclo celular: fosforilación de CHK1
- Estabilización del complejo de replicación: fosforilación de RPA, pol y de RAD17 9-1-1
- Control del origen de la replicación: fosforilación de RPA, complejos MCM y pre RFC
Proceso de activación cuando se rompen dos cadenas de ADN
Se recluta MRN y ATM. Se fosforila H2AX por la ATM. se une MRN (NBS1, MRE11, A, B y Rad50)
Se amplifica la señal y se reclutal más MDC1 y ATM adicionales.
Reclutan efectores, se unen 53BP1 y BRCA1, inhiben la replicación celular
NHEJ
Non homologous end joining. Se da en G1, cuando no tienes otro cromosoma para copiarlo.
Hay dos procesos:
- Se digiere DNA por la nucleasa, se alinean y se ligan los extremos
- Se reseca para exponer 1 hebra de DNA de cada lado, se alinean en regiones microhomólogas, se corta lo extra, se rellena lo que falta y se liga.
NHEJ: proceso largo, extremos cohesivos
En ésta se unen heterodímeros Ku que juntan los extremos rotos y reclutan DNAPKcs. La DNA-PKcs recluta y fosforila a Artemisa (nucleasa). Artemisa recorta los extremos de 1 hebra. Estos extremos se unen por la ligasa IV en complejo con XRCC4 y XLF/cerunnos. Hay deleción como resultado
En qué fase se da la NHEJ
En G1
HR
Recombinación homóloga, se da después de la fase de síntesis.
Cambio de romo a cohesivo: Se reseca una hebra de cada lado para exponer DNA de 1 cadena.
Se invade el complejo homólogo de DNA por un extremo roto para formar un loop D.
Se sintetiza ADN sin la formación de un DNA extenso heteroduplex
Se recaptura el DNA recién sintetizado.
Se da replicación conservativa de ADN, se liga y ya.
HR en Fase S/G2
Se rompe DNA de doble cadena.
Se une el complejo MRN en los extremos rotos.
En fases S/G2: se da la HR
Se fosforila la CtlP por la CDK, se unen, se da un procesamiento inicial de los lados por el complejo MRN/CtlP
Se unen BLM y DNA2, delando colas 3’ para RAD51.
RAD51 se mete en el ssDNA de los extremos cohesivos.
CDK: en punto de monitoreo G2 del ciclo celular
Recombinación en meiosis
Se unen 2 dobles cadenas de DNA por las uniones de Holliday
Se resuelven de manera no recombinante o recombinante, dependiendo de dónde corte la resolvasa.
Si corta en las uniones de Holliday es no recombinante, si corta 1 en una unión y otra en el DNA, es recombinante
Proteínas accesorias: RuvABC. RuvA se une en el centro, en la unión de Holliday, RuvB en los extremos. Causan que se regrese el material a donde debe y se separa.
Proteínas que median la reparación homóloga y la recombinación homóloga
- En la presinapsis: MRN, CtlP, EX01, DNA2, BLM-
- En el proceso de quitar RPA del ssDNA y formar el filamento presináptico BRCA2
- En la sinapsis: RAD51
- En la resolución: migración de rama (RecQ), rompimiento de las uniones de Holliday (GEN1, SLX1/SLX4)
BRCA1 y BRCA2
Hacen la señalización para la recombinación homóloga, junto con RAD51, 52, 54, etc
Rol de p53 en reparación HR
Se da el daño, se activa ATM/ATR cinasas, Chk1/Chk2 cinasas, fosforilan a p53
p53 se une a la región reguladora de 21, se da la transcripción y traducción .
p21 inhibe a Cdk
