Reparo do DNA e Mutuações: Um Estudo em Biologia Molecular

Reparo do DNA Profa Pricila da Silva Cunha Disciplina Biologia Molecular Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Introdução Manter a integridade da informação no DNA é um imperativo celular apoiado por um conjunto elaborado de sistemas de reparo de DNA Proteínas e moléculas de RNA danificadas podem ser rapidamente substituídas utilizandose a informação codificada no DNA mas as moléculas de DNA em si são insubstituíveis INTRODUÇÃO Mutações O DNA pode ser danificado por vários processos alguns espontâneos outros catalisados por agentes ambientais Se não for reparado o dano no DNA pode levar a uma alteração permanente na sequência de nucleotídeos mutação Existem dois tipos gerais de mutações mutações gênicas e mutações cromossômicas MUTAÇÕES MUTAÇÕES GÊNICAS As mutações gênicas correspondem a alterações na sequência de nucleotídeos do DNA sendo que as mutações gênicas mais simples são aquelas que alteram um único nucleotídeo mutações pontuais As mutações pontuais incluem Substituição de Bases Inserção e Deleção Mutações pontuais MUTAÇÕES PONTUAIS 1 Substituição de bases substituição de uma base por outra Transições e Transversões As mutações por substituição de bases transições e transversões podem ocasionar Mutação com perda de sentido missense alteração na sequência de nucleotídeos que resulta em um aminoácido diferente Mutação sem sentido nonsense alteração na sequência de nucleotídeos que resulta em um códon de parada Mutação silenciosa alteração na sequência de nucleotídeos que resulta em um códon para o mesmo aminoácido Mutações pontuais Mutações pontuais 2 Inserção adição de um ou mais nucleotídeos 3 Deleção remoção de um ou mais nucleotídeos Mutações cromossômicas MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS As mutações cromossômicas correspondem a alterações na estrutura ou no número dos cromossomos Incluem 1 Rearranjo cromossômico alteração na estrutura dos cromossomos duplicação deleção inversão e translocação 2 Aneuplodia alteração no número de cromossomos individuais 3 Poliploidia alteração no número de lotes de cromossomos Sistemas de reparo essenciais para a sobrevivência celular O DNA é uma molécula relativamente estável mas na ausência dos sistemas de reparo o efeito cumulativo dos danos no DNA mutações tornaria a vida impossível Sistemas de reparo do DNA Todas as células possuem múltiplos sistemas de reparo do DNA SISTEMAS DE REPARO DO DNA Principais tipos de sistemas de reparo do DNA 1 Reparo de malpareamento 2 Reparo por excisão de bases 3 Reparo por excisão de nucleotídeos 4 Reparo direto Reparo de malpareamento REPARO DE MALPAREAMENTO O mecanismo de discriminação de fitas não foi decifrado para a maioria dos procariotos e eucariotos mas é bem compreendido para E coli e algumas espécies de bactérias relacionadas Em E coli a fita molde é marcada com grupos metil para diferenciála das fitas recémsintetizadas A enzima Dam metilase catalisa a metilação na posição N6 de todas as adeninas no interior das sequências 5GATC Malpareamentos nas proximidades de uma sequência 5GATC hemimetilada são então reparados de acordo com a informação na fita metilada parental fita molde Para corrigir o malpareamento o sistema de reparo deve ser capaz de diferenciar entre a fita molde e a fita recémsintetizada E como isso é feito Reparo de malpareamento em E coli REPARO DE MALPAREAMENTO EM Ecoli E como o reparo de malpareamento é dirigido pelas sequências 5GATC hemimetiladas Reparo de malpareamento em E coli Complexo MutSMutL reconhece todos os pares de bases malpareados MutH reconhece as sequências 5GATC hemimetiladas e se liga à MutL Possui atividade de endonuclease sítioespecífica catalisando a clivagem da fita não metilada no lado 5 do resíduo de guanina na sequência 5GATC o que marca a fita para reparo Importante Todas as células eucariontes têm proteínas estruturalmente e funcionalmente análogas às proteínas MutS e MutL mas não MutH Não se conhece o mecanismo pelo qual fitas de DNA recémsintetizadas são identificadas nos eucariotos embora pesquisas tenham revelado que essa identificação da fita não envolve sequências 5GATC Malpareamento do lado 5 do sítio de clivagem A fita não metilada é degradada na direção 35 a partir do sítio de clivagem e esse segmento é substituído por um DNA novo Malpareamento do lado 3 do sítio de clivagem A fita não metilada é degradada na direção 53 a partir do sítio de clivagem e esse segmento é substituído por um DNA novo Reparo de malpareamento em E coli Reparo por excisão de bases REPARO POR EXCISÃO DE BASES Duas enzimas muito importantes no reparo por excisão de bases são DNAglicosilases e AP endonucleases 1 DNAglicosilases reconhecem lesões comuns no DNA e removem a base afetada por meio da clivagem da ligação Nβglicosídica Cada DNAglicosilase é geralmente específica para um tipo de lesão A clivagem da ligação Nβglicosídica cria um sítio apurínico ou apirimidínico no DNA sítio AP ou sítio abásico Reparo por excisão de bases Exemplo Uracila DNAglicosilase remove especificamente do DNA a uracila que é resultante da desaminação espontânea da citosina Outras DNAglicosilases reconhecem e removem outras bases danificadas incluindo a 8hidroxiguanina derivada da oxidação da guanina hipoxantina derivada da desaminação da adenina e bases alquiladas como a 3metiladenina e a 7metilguanina 2 AP endonucleases clivam a ligação fosfodiéster adjacente ao sítio AP Reparo por excisão de nucleotídeos REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS Lesões no DNA que provocam grandes distorções na estrutura helicoidal do DNA geralmente são reparadas pelo sistema de reparo por excisão de nucleotídeos Exemplo de lesões formação de dímeros de pirimidinas e do fotoproduto 64 induzidos por radiação UV Reparo por excisão de nucleotídeos No reparo de excisão de nucleotídeos uma enzima fundamental é a excinuclease que hidrolisa duas ligações fosfodiésteres uma de cada lado da distorção provocada pela lesão Em E coli e outras bactérias a excinuclease hidrolisa a 5ª ligação fosfodiéster no lado 3 e a 8ª ligação fosfodiéster no lado 5 para gerar um fragmento de 12 a 13 nucleotídeos Em humanos e outros eucariotos a excinuclease hidrolisa a 6ª ligação fosfodiéster no lado 3 e a 22ª ligação fosfodiéster no lado 5 produzindo um fragmento de 27 a 29 nucleotídeos Após a incisão dupla os oligonucleotídeos retirados são liberados do duplex e o espaço resultante é preenchido pela DNApolimerase I em E coli e pela DNA polimerase ε em humanos A DNAligase sela o corte Reparo por excisão de nucleotídeos Reparo por excisão de nucleotídeos em E coli e humanos Reparo direto REPARO DIRETO No reparo direto os danos são reparados sem a remoção de uma base ou nucleotídeo Exemplo Fotorreativação direta dos dímeros de pirimidina catalisada pela DNAfotoliase As fotoliases geralmente contêm dois cofatores que funcionam como agentes de absorção de luz cromóforos FADHFADH2 N5N10meteniltetrahidrofolilpoliglutamato MTHFpoliGlu folato As DNAfotoliases estão ausentes nas células de mamíferos placentários incluindo os seres humanos Reparo dos dímeros de pirimidina com fotoliase em E coli Reparo direto Exemplo Reparo direto de nucleotídeos resultantes de dano por alquilação O nucleotídeo O6metilguanina se forma na presença de agentes alquilantes e é uma lesão altamente mutagênica e comum O6metilguanina pareia com a timina em vez da citosina Reparo direto Se não for reparado isso resulta em uma mutação G C para A T após a replicação Reparo direto O reparo direto é realizado pela O6metilguaninaDNA metiltransferase que catalisa a transferência do grupo metil da O6metilguanina para um de seus próprios resíduos Cys Outros sistemas de reparo de DNA As vias de reparo consideradas até agora utilizam a fita não danificada como molde para corrigir a fita danificada Mas e quando a fita molde necessária para dirigir o reparo também está lesionada Reparo por recombinação homóloga Quando a informação necessária para o reparo vem de um cromossomo homólogo Síntese de DNA translesão propensa a erro TLS Esse sistema é ativado quando as lesões são anormalmente numerosas Participação das DNA polimerases IV e V em bactérias que replicam ainda que imprecisamente sobre muitos tipos de lesões O reparo do DNA se torna significativamente menos preciso e pode resultar em uma alta taxa de mutação OUTROS SISTEMAS DE REPARO DE DNA