Resenha de um Artigo

ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 881 MECANISMOS DE REPARO AOS DANOS NO DNA NOS PONTOS DE CHECAGEM DO CICLO CELULAR Leandro Lopes Nepomuceno1 Jorge Luís Ferreira2 Vanessa de Sousa Cruz3 Gabriela Hadler Gabriel1 Eugênio Gonçalves de Araújo4 1 Doutorando pelo programa de PósGraduação em Ciência Animal Departamento de Patologia Laboratório Multiusuário de Cultivo Celular EVZUFG Goiânia GO leandrolopes795hotmailcom 2 Prof Dr Associado I do Curso de Medicina Veterinária do Campus de Araguaína Núcleo Avançado de estudos Pesquisa e Extensão em Melhoramento Genético de Zebuínos Napgem EMVZUFT Araguaína TO 3 Profª Dra da Universidade Federal de Goiás Departamento de Patologia Laboratório Multiusuário de Cultivo Celular EVZUFG Goiânia GO 4 Prof Dr Titular da Universidade Federal de Goiás Departamento de Patologia Laboratório Multiusuário de Cultivo Celular EVZUFG Goiânia GO Recebido em 08042017 Aprovado em 10062017 Publicado em 20062017 DOI 1018677EnciBio2017A71 RESUMO Frente aos avanços tecnológicos e no conhecimento o entendimento dos mecanismos envolvidos na divisão celular e os diferentes fatores que controlam as fases do ciclo celular vêm ganhando destaque e uma nova compreensão a nível molecular Ademais compreender a interação complexa e diafonia entre os diferentes mecanismos de regulação com sobreposição e interação entre diferentes rotas que competem ou colaboram para reparar um mesmo processo de injúria conferem a reparação precisa dos danos exercidos ao DNA processo de suma importância para a integridade do genoma Em pretexto esta revisão teve por objetivo descrever os mecanismos mais importantes que ocorrem em resposta aos danos do DNA de uma célula eucariótica discutir a sua atividade através do ciclo celular e elucidar os principais mecanismos de regulação que influenciam na escolha das vias de reparação PALAVRASCHAVE Biologia Molecular Divisão Celular Neoplasia REPAIR MECHANISMS TO DNA DAMAGES IN THE CELL CYCLE CHECKPOINTS ABSTRACT Due to the advances in technology and in knowledge the understanding of the mechanisms involved in cell division and the different factors that control the phases of cell cycle are gaining prominence and a new uptake in a molecular level In addition understand the crosstalk between the different mechanisms of regulation with overlapping and interaction between different routes which compete or collaborate to repair the same injury process is necessary to ensure the precise repair of damages in DNA a process that is very important to the maintance of the integrity of the genome In this way this review aimed to describe the most important mechanisms that occur in response to damage in the DNA of a eukaryotic cell to ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 882 discuss its activity through the cell cycle and to elucidate the main regulatory mechanisms that influence the choice of repair pathways KEYWORDS Molecular Biology Cell Division Neoplasm INTRODUÇÃO A renovação celular é dada a partir da duplicação de uma célula preexistente o que representa o ciclo de vida de uma célula O câncer é uma doença eminentemente genética pois uma célula tumoral apresenta alterações somáticas no DNA o que acarreta em divisões celulares autônomas e irrestritas Esse fato pode ser considerado um produto de mau funcionamento na regulação do ciclo celular de tal modo que as células defeituosas apresentam maior facilidade de proliferação e sequestro de nutrientes em comparação a outras células normais além de ocuparem o lugar do tecido integro LING et al 2010 Existem mudanças metabólicas e estruturais necessárias para que uma célula apresente uma morfologia tipicamente oncótica Os fatores que mais influenciam essas alterações são as mutações acumuladas a cada divisão celular resultantes da exposição a agentes deletérios que promovem alterações no DNA e contribuem para a manifestação das características oncóticas BARREIROALONSO et al 2015 Os genes que são modificados em uma célula tumoral estão envolvidos diretamente ou indiretamente no controle do ciclo celular em suas diferentes fases a saber gap 0 G0 gap 1 G1 síntese S gap 2 G2 e mitose M O ciclo celular é permeado por vários mecanismos de controle com proteínas e mecanismos que constantemente identificam a integridade e a capacidade celular em prosseguir na mitose THORENOOR et al 2016 A mitose exerce importância distinta nos seres vivos unicelulares e pluricelulares Nos últimos a divisão celular tem o intuito de promover o crescimento do indivíduo reparo do tecido vivo regeneração e reposição de células mortas Já para os seres unicelulares este tipo de divisão celular está relacionada diretamente com a reprodução da espécie sendo um requisito primordial a transferência precisa da informação genética FOLLAIN et al 2016 A divisão celular é um processo que avança de modo a coordenar o crescimento celular visando a prevenção de uma ampliação inapropriada do material genético o que ocasionaria a instabilidade no genoma PIERRON 2015 O genoma está constantemente sendo ameaçado por agentes exógenos que podem danificar o DNA por meio de mecanismos como hidrólise das purinas e pirimidinas danos induzidos por espécies reativas de oxigênio e nitrogênio defeitos de replicação casuais que geram sequenciamentos incorretos ou mesmo rupturas dos filamentos ZHENG et al 2014 As lesões periódicas no DNA devem ser reparadas para evitar a perda ou a transmissão incorreta da informação genética Tais erros podem causar anormalidades no desenvolvimento e tumorigênese LOPEZ et al 2014 No entanto a escolha de qual sistema de reparação deverá ser usado depende tanto do tipo de lesão e em que fase do ciclo celular a célula se encontra CECCALDI et al 2016 Uma quebra da dupla ligação do DNA em fases S e G2 é facilmente reparada por recombinação homóloga utilizando a fita homologa intacta No entanto com o progresso do ciclo celular para fase G2 e M as cromatinas são condensadas em uma estrutura de cromossomo altamente ordenada o que torna ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 883 difícil a identificação do dano e o reparo do cromossomo pelo mesmo processo SYAM et al 2014 CECCALDI et al 2016 A coordenação da via de reparação de DNA e o ciclo celular são controladas por meio de diferentes proteínas do ciclo celular tais como quinases dependentes de ciclina CDKs CDKs regulam as transições do ciclo celular por meio da indução da degradação de proteínas inibidoras do ciclo celular e são periodicamente ativadas por suas subunidades reguladoras ciclinas expressas por sua vez de forma diferente durante as fases do ciclo celular BERTOLI et al 2013 Esta revisão teve por objetivo descrever os mecanismos de resposta aos danos do DNA mais importantes que operam em uma célula eucariótica discutir a sua atividade através do ciclo celular e elucidar os principais mecanismos de regulação que influenciam a escolha das vias de reparação CICLO CELULAR O ciclo celular é o processo pelo qual uma célula diploide 2n dá origem a duas células idênticas Contudo podem haver diferenças geneticamente sutis pois no momento da replicação alguns nucleotídeos podem ser trocados e gerar uma sequência de DNA diferente da célula progenitora Essas mudanças no geral não comprometem as funções celulares NOUSPIKEL 2013 Há duas grandes fases na divisão celular a interfase e a mitose Após estudos mais pormenorizados subdivisões foram adicionadas em cada etapa A interfase contempla as fases G0 G1 S e G2 A mitose é subdividida em Prófase Metáfase Anáfase Telófase e Citocinese DOMINGUEZBRAUER et al 2015 A fase G0 compreende uma etapa em que as atividades metabólicas normais da célula encontramse em plena carga A partir do momento que a célula recebe estímulo mitógeno temse o início da divisão celular e o avanço para a fase G1 Entretanto o tempo de permanência da fase G0 varia muito de célula para célula o que depende em parte do grau de complexidade e função celular BLANPAIN SIMONS 2013 Por exemplo células epiteliais do folículo capilar e linfócitos apresentam maior sensibilidade aos agentes químicos e físicos que afetam a replicação do DNA dessa forma a taxa mitótica dessas células é bastante expressiva sendo necessária constante reposição dessas células no organismo Em contrapartida as células terminalmente diferenciadas como o epitélio colunar do ápice da vilosidade intestinal neurônios e as células cardíacas permanecem em G0 indefinidamente REDON et al 2011 SPERKA et al 2012 BLANPAIN SIMONS 2013 Os principais estímulos capazes de induzir a divisão celular são mediados pelo contato entre duas células célulacélula os quais influenciam o crescimento e a sobrevivência celular Os mecanismos responsáveis por essa função são proteínas ligadas à superfície da membrana à matriz intracelular ou mesmo proteínas secretadas pela própria célula MAO et al 2016 A fase G1 é o período em que a célula se prepara para a divisão celular Para tal o volume celular aumenta as organelas são duplicadas e verificase a integridade do DNA Este é o primeiro ponto de regulagem da divisão conhecido como ponto de checagem G1 Caso haja dano ao DNA proteínas responsáveis por ativar os mecanismos de reparo serão recrutadas caso não seja detectado dano ao ácido nucléico a célula segue para fase S CHAUHAN et al 2015 A fase de Síntese é o período em que ocorre a replicação do material genético de forma semiconservativa Ao término da divisão o material genético das células filhas irá conter o mesmo número de cromossomos da célula progenitora ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 884 Nessa etapa também pode ser evidenciado o início da duplicação dos centríolos e dos centrossomos ODONNELL et al 2013 A fase subsequente G2 é marcada pelo início da condensação dos cromossomos e pela migração dos centríolos e centrossomos para polos opostos A fase G2 apresenta uma particularidade no ciclo celular pois nessa etapa é evidenciado o segundo ponto de regulagem do ciclo celular ponto de checagem G2 com o intuito de verificar a completa replicação do DNA CHAUDHARY et al 2013 Com o término de G2 a interfase finaliza e iniciase a mitose propriamente dita A mitose é a fase que compreende a divisão do núcleo celular e do citoplasma Citocinese Em comparação com a interfase a fase M é extremamente curta com duração aproximada de uma hora entretanto diversas modificações e acontecimentos importantes são representados em suas subfases SAMWER et al 2013 A prófase é marcada pela degradação do envoltório nuclear a carioteca e do nucléolo Com o término da migração dos centríolos e respectivos centrossomos iniciada anteriormente na fase G2 os mesmos irradiam microtúbulos compostos pela proteína filamentosa tubulina que se fixam nos cromossomos próximos ao centrômero em uma região intitulada de cinetócoro Esta aderência é importante para direcionar os cromossomos para a placa equatorial VICENTE CANDE 2014 A metáfase tem início nesse período com os cromossomos apresentando o máximo de condensação e localizados na placa equatorial Esta etapa é o último ponto de regulagem do ciclo celular conhecido como ponto de checagem M Deste modo caso os cromossomos não apresentem compactação completa não se localizem na placa equatorial ou mesmo se as fibras do fuso não estiverem aderidas aos respectivos centrômeros o ciclo celular é interrompido até que haja a correção do problema o que permite assegurar que as novas células tenham a mesma quantidade de cromossomos DE JESÚS RODRÍGUEZGÓMEZ FRÍAS VÁZQUEZ 2014 Partindo desse princípio podese utilizar esse mecanismo em algumas técnicas laboratoriais para interromper a replicação da célula e estudar os cariótipos Com a adição de colchicina substância que evita a formação das fibras do fuso Alves e Magalhães testaram e adequaram metodologias tradicionalmente empregadas em citogenética animal para a obtenção de metáfases mitóticas ALVES MAGALHÃES 2010 A anáfase tem seu início com a segregação das cromátides irmãs e migração das organelas para polos opostos Durante a telófase surge o envoltório nuclear a formação do nucléolo e início da descondensação das cromátides TIANG et al 2012 Diferentes autores consideram a citocinese parte da telófase o que continua sendo uma das principais questões não resolvidas em biologia celular básica contudo modificações características dessa fase podem ser bem evidenciadas como a constrição do citoplasma e a formação do anel contrátil como evidenciado e relatado por Eggert e colaboradores EGGERT et al 2006 Em células animais essa divisão é do tipo centrípeta pois a clivagem do citoplasma em duas seções parte das extremidades em direção ao centro da célula TANAKA et al 2015 AGENTES DELETÉRIOS Diferentes tipos de radiações e vários compostos químicos podem acarretar danos ao DNA Radiações que possuem comprimentos de onda inferiores a 400nm podem causar dano indiretamente ou diretamente ao ácido nucleico Estas ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 885 ondas podem ser agrupadas em ondas ionizantes e não ionizantes dependendo do grau de energia BECK et al 2013 Os raios X e os raios gama são exemplos de radiações ionizantes capazes de penetrar facilmente nos tecidos celulares Ao atravessar a matéria orgânica essas radiações colidem com átomos liberam os elétrons das moléculas e dão origem a radicais livres e íons reativos Esses compostos apresentam a capacidade de ocasionar alterações estruturais em outros componentes celulares em particular no código genético ALIZADEH SANCHE 2013 Os principais efeitos das radiações ionizantes no DNA são danos nos anéis de purinas e pirimidinas perda de bases nitrogenadas ou quebra de uma ou ambas as fitas de DNA KAUR et al 2015 As radiações não ionizantes não apresentam energia suficiente para promover a liberação de elétrons e seu poder de penetração celular é reduzido em seres pluricelulares No entanto apresentam poder deletério à molécula de DNA e principalmente por atuarem na radiólise da água o que gera os radicais hidroxila extremamente reativos OH VALBERG 1997 KAUR et al 2015 Os raios ultravioletas UV são capazes de afetar indiretamente o DNA ocasionando quebras na estrutura molecular ou provocando alterações de bases nitrogenadas Os fotoprodutos mais comuns da excitação de pirimidinas que são originados pela radiação UV são os hidratos de pirimidinas e os dímeros formados de pirimidinas adjacentes Dentre essas possíveis alterações os dímeros formados entre adeninas adjacentes apresentam maior implicação mutagênica impedindo o emparelhamento das bases nitrogenadas subsequentes perturbando assim a estrutura das duplas hélices o que interfere na precisão da duplicação do DNA VALBERG 1997 PRICE et al 2014 ALTERAÇÕES QUE OCORREM NO DNA O genoma celular está sujeito a várias alterações espontâneas que ocorrem comumente durante a replicação celular Os erros mais corriqueiros consistem na formação de nucleotídeos na forma tautomérica não usual na fita de DNA sintetizada ou mesmo a presença desses nucleotídeos na fita molde no momento em que a fita dupla está sendo emparelhada com um novo nucleotídeo PENG et al 2015 A tautomérica é um caso particular de isomeria funcional característico das bases nitrogenadas A citosina e a adenina apresentam duas formas estruturais possíveis um arranjo molecular amino estrutura molecular mais resistente comumente encontrado na fita de DNA e outro arranjo molecular menos corriqueiro imino que proporciona uma estrutura conformacional instável Este é passível de produzir pontes de hidrogênio com outras bases nitrogenadas diferente das contrapartes guanina e timina respectivamente A guanina e timina também apresentam formas tautoméricas sendo a estrutura mais usual a conformação ceto e a forma menos usual a conformação enol CERÓNCARRASCO et al 2009 LUBES et al 2014 A conformação amino e ceto são as formas tautoméricas mais estáveis das bases nitrogenadas e dão origem ao emparelhamento convencional das bases nitrogenadas comumente encontradas adenina guanina citosina e timina comportamento que não é observado nas formas tautomérica enol e imino A citosina imino se emparelha por meio de pontes de hidrogênio com a adenina na forma tautomérica amino porém quando a conformação imino da citosina retorna à sua conformação amino normal as ligações por pontes de hidrogênio se desfazem ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 886 promovendo um erro no sequenciamento Este emparelhamento indevido pode ser corrigido pela própria DNA polimerase ao reconhecer a ligação equivocada BANAVALI 2013 ARAÚJO GONSALVES 2015 As mutações geradas por erros causados pelos envolvimentos de bases tautoméricas não usuais no momento da replicação do DNA são corrigidas por substituições entre as purinas e pirimidinas Tais substituições também podem ser chamadas de transversões enquanto as substituições entre purinas ou entre pirimidinas são chamadas de transições LIU et al 2012 Figura 1 FIGURA 1 Desenho esquemático representativo do processo de remoção de nucleotídeos entre purinas e pirimidinas passiveis de ocorrer no processo de remodelação genica A Formação de transversões B Formação de transições Fonte Autoria própria Outras alterações espontâneas que ocorrem no DNA não dependem necessariamente do evento de replicação celular As mesmas podem ocorrer a qualquer momento do ciclo sendo evidenciadas as desaminações oxidações e perda de bases Para responder a essas ameaças os seres vivos desenvolveram processos eficientes em resposta ao dano no DNA com o intuito de detectar e reparar essas falhas RHEE et al 2013 MAQUINÁRIO DE REPARO CELULAR Logo após o reconhecimento do sitio danificado proteínas que desencadeiam a interrupção do ciclo celular são acionadas enquanto enzimas envolvidas diretamente com a correção do dano são recrutadas Embora não existam sistemas típicos de reparo do DNA algumas DNA polimerases que compõem o maquinário de replicação do DNA exibem atividade de revisão e correção da fita promotora KIREEVA et al 2013 ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 887 Algumas enzimas apresentam capacidade de reconhecer bases nitrogenadas alteradas corrigílas e restabelecer as condições originais ao promover a correção direta das bases alteradas sem envolver outros segmentos do DNA Esse mecanismo é conhecido por reparo direto e ocorre de duas formas reparo por excisão de base conforme representado na Figura 2 ou reparo por excisão de nucleotídeos esquematizado na Figura 3 SCOTT et al 2014 FIGURA 2 Desenho esquemático representativo do mecanismo de excisão de base nitrogenada na fita simples de DNA sem comprometimento de bases subsequentes A Remoção da base defeituosa pela DNA glicosilase B Remoção da pentose e fosfato pela APendonuclease e APliase C Preenchimento da lacuna pela DNA polimerase D Ligação fosfodiéster pela DNA ligase Fonte Autoria própria O reparo por excisão de base é desencadeado pela glicosilase que promove a remoção da base alterada Após a incisão da base um complexo enzimático atua nesse sitio removendo a pentose e o fosfato que restavam do nucleotídeo Em seguida a DNA polimerase preenche o espaço deixado utilizando como molde a fita complementar não danificada Para finalizar o processo uma DNA ligase promove a ligação fosfodiéster entre o carbono três do nucleotídeo ao carbono cinco da pentose adjacente SCOTT et al 2014 O reparo por excisão de nucleotídeos é promovido por enzimas que reconhecem danos tais como o dímero de pirimidinas Após o reconhecimento da estrutura alterada um complexo enzimático produz cortes no sitio danificado o que resulta na remoção de um segmento unifilamentar O espaço gerado assim como no reparo por excisão de base é preenchido pela DNA polimerase com nucleotídeos de modo consenso à fita molde finalizando a síntese com a ligação fosfodiéster pela DNA ligase WOOD 1997 ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 888 FIGURA 3 Desenho esquemático representativo do mecanismo de excisão de nucleotídeo na fita simples de DNA com comprometimento de bases subsequentes A Região maior em torno do dano é aberta num processo dependente de ATP pela TFIIH B O DNA é clivado no lado 3 da lesão por XPG nuclease e no 5lado por ERCC1XPF nuclease liberando o oligonucleótido C Preenchimento da lacuna pela DNA polimerase D Ligação fosfodiéster pela DNA ligase Fonte Autoria própria As soluções de continuidade em ambas as fitas da dupla hélice de DNA promovidas por radiações ionizantes apesar de constituírem dano importante ainda são passíveis de correção Tais avarias podem ser corrigidas por meio de um mecanismo que envolve a recombinação do segmento danificado com o segmento homólogo localizado na cromátide irmã íntegra Por envolver na maioria das vezes cromátidesirmãs o reparo por recombinação homóloga ocorre principalmente no final da fase S e em G2 JAYAKUMAR et al 2015 A reparação das quebras nas fitas duplas se inicia quando proteínas específicas associamse aos filamentos simples de DNA invadem a molécula homóloga e restabelecem com as mesmas regiões heteroduplas Formamse assim junções conhecidas como Holliday junctions estruturas em forma de cruz que se formam durante o processo de recombinação genética A extremidade 3 do filamento anelar é estendida pela ação da DNA polimerase por meio da utilização de uma das fitas da molécula homóloga como molde Quando encerrada a síntese o filamento estendido é seccionado de forma intencional pela enzimas RuvC o que promove o retorno da molécula invadida ao emparelhamento normal figura 4 CARR LAMBERT 2013 ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 889 FIGURA 4 Mecanismo de reparação do DNA com quebra de dupla ligação pelo processo de recombinação homóloga 1 Reconhecimento da lesão pela ATM e ADNPK 2 Migração da fita homologa pelo auxílio da proteína RecA 3 Formação das Holliday junction demostrado pelo região em A e clivagem do DNA pelas enzimas RuvC demostrado pelas setas 4 Término da recombinação Fonte Autoria própria Há situações em que o dano no DNA é extremo e não se dispõe de uma cromátide homologa para o reparo Nesses casos o mecanismo de reparo pode ser processado de duas formas pode ocorrer a síntese aleatória de um novo segmento que apresenta uma baixa acurácia em comparação a sequência original e também é possível suceder a mera união das extremidades ligantes com descarte da sequência perdida ILIAKIS et al 2015 Dentre os processos citados o reparo por união de extremidades não homólogas é mais recorrente o mesmo é iniciado pelo reconhecimento da proteína ATM ataxia telangiectasia mutated Esta proteína apresenta grande atividade no processo de reparo celular e recruta um complexo de proteínas que auxilia a estabilização do DNA que serve como marcador para o reconhecimento da Ku7080 O heterodímero Ku7080 desempenha um papel fundamental no processo de reparo pois une as duas extremidades da fita de DNA por meio do auxílio da DNAPK posteriormente a DNA ligase promove a ligação fosfodiéster e finaliza o processo figura 5 BEGGS et al 2012 ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 890 FIGURA 5 Mecanismo de reparação do DNA com quebra de dupla ligação pelo processo de reparo por união de extremidades nãohomólogas 1 Proteína Ku70 2 Proteína Ku80 3 Proteína ATM 4 Proteína γH2AX 5 DNAPK A Reconhecimento e fixação das proteínas executoras do processo de reparo por união de extremidades nãohomólogas B emparelhamento das extremidades lesadas pela DNAPK C Junção das extremidades lesadas e promoção da ligação fosfodiéster pela DNA ligase Fonte Autoria própria MECANISMO DE CONTROLE DO CICLO CELULAR Os pontos de verificação constituem os mecanismos pelos quais as células mantêm a vigilância e exercem a função de coordenação e sinalização do reparo do DNA Esse sistema é gerenciado por metabólitos e proteínas que modulam as transições do ciclo celular e influenciam a estabilidade ou as atividades de outras proteínas DIBITETTO et al 2016 Os componentes centrais da maquinaria dos pontos de verificação são os fosfoinositídeo3quinase e as quinases relacionadas ATM ATR ataxia telangiectasia mutated and rad3 related e DNAPK DNAdependent protein kinase catalytic subunit A ATM e ADNPK reagem principalmente aos danos provenientes de ruptura de fita dupla em quanto que a ATR é ativada em resposta a uma série de danos ao DNA durante a reparação direta seja por reparo de excisão de base seja por reparo de excisão de nucleotídeos Além disso atua também na reparação da fita dupla ABDELFATAH et al 2014 Os danos presentes no DNA depois de reconhecidos por essas proteínas podem desencadear a ativação de uma cascata de sinalização que resulta na fosforilação da proteína p53 Uma vez fosforilada essa proteína ativa a transcrição do gene codificador da proteína p21 que é responsável pela inibição da ação de quinases dependentes de ciclinas CDKs o que induz a parada da célula em G1 até o completo reparo do DNA Simultaneamente a p53 ativa o gene atuante ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 891 no reparo do DNA Se o processo de reparo falhar ou o dano cromossômico for muito extenso a proteína p53 fosforilada se acumula no núcleo onde após aumento da concentração induz a transativação de genes que levam a célula à apoptose ESRIG et al 1993 SENGUPTA HARRIS 2005 BERNARD et al 2014 ARORA et al 2015 REPARO DURANTE A FASE G1 Os danos no DNA que afetam as células na fase de G1 são usualmente promovidos por fatores exógenos e endógenos tais como espécies reativas de oxigênio agentes químicos ou mesmo por radiações ionizantes É mister que devam ser reparados antes do início da replicação ALIZADEH SANCHE 2013 A oxidação de guanina gera a formação de oxoG composto extremamente mutagênico devido à sua possível associação com a adenina No caso disso ocorrer durante a replicação a fita homóloga apresentará uma transversão para timina sendo essa uma das mutações mais comuns em diferentes tipos de câncer em humanos Essa distorção pode ser removida pela DNA glicosilase por meio de excisão de nucleotídeo NER SCOTT et al 2014 LI et al 2016 O reparo por excisão de nucleotídeo NER apresenta papel importante durante a fase G1 embora a atividade não esteja restrita somente a essa fase do ciclo celular A NER é considerada a forma de reparo mais versátil Apresenta duas vias de reconhecimento de danos do DNA a primeira denominada excisão de nucleotídeo do genoma global GGNER opera em todo o genoma a segunda designada excisão de nucleotídeo acoplado a transcrição TCNER remove lesões apenas de cadeias de DNA que foram transcritas A principal diferença entre essas duas subvias encontrase na etapa de reconhecimento de danos no DNA pois GG NER apresenta atividade de reparo independentemente da localização do genoma e da fase do ciclo celular MARTEIJN et al 2014 ALEKSEEV COIN 2015 A principal implicação que advém das oxidações de bases nitrogenadas além da capacidade mutagênica e deletéria do DNA está relacionada com a facilidade da ocorrência desses processos Eventualmente quando a quantidade de danos supera a capacidade de reparo das células esses mecanismos celulares essenciais podem ser seriamente afetados e ignorados não ocorrem os processos normais de reparo celular e a célula é induzida a adotar outras condutas para evitar a continuidade da mutação como senescência ou apoptose BARREIROS et al 2006 Durante a fase G1 o DNA está mais propenso a lesões por radiações ionizantes que podem provocar ruptura de fita dupla Esse tipo de avaria ao DNA é considerável e de difícil reparação devido à fase do ciclo em que se encontra O processo de reparação para correção desses danos consiste na união de extremidades nãohomólogas NHEJ JIANG et al 2013 Em NHEJ o heterodímero Ku7080 se liga às duas extremidades das fitas danificadas e recruta as subunidades catalíticas de DNAPK e Ligase4XRCC4 para unir as extremidades livres e unir as fitas Tal ligação ocorre por meio das extremidades lesadas Em situações de múltiplas rupturas de fita dupla esse processo perde a eficácia podendo unir segmentos errôneos o que pode ter como consequência perda de informação genética ou translocação gênica JIANG et al 2013 WANG LEESMILLER 2013 ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 892 REPARO DURANTE A FASE S A síntese de DNA está frequentemente sujeita à incorporação errônea de nucleotídeos originando lacunas gaps ou intervalos nicks ou ainda colapso na forquilha de replicação As forquilhas de replicação degeneradas podem colocar em risco a estabilidade do DNA se as mesmas não forem reparadas A força de torção que é exercida quando a forquilha de replicação avança pode resultar tanto em ruptura da fita de DNA quanto no encontro de duas bolhas de replicação o que origina a super helicoidização da fita CHEN et al 2013 MCKINNON 2016 A resolução mediada por topoisomerases dessas limitações topológicas permite a correção desses problemas de torções durante a fase S por meio de uma ruptura transitória do DNA o que reduz essas tensões sobre a fita A operação é auxiliada pela DNA girase que promove abertura e rotação da dupla hélice Por sua importância nesse tipo de processo de reparação a topoisomerase se torna uma excelente proteína alvo para fármacos anticancerígenos CHEN et al 2013 Inibidores de topoisomerases agem principalmente na fase S como por exemplo o irinotecan A eficácia como agente quimioterápico com base na inibição específica da topoisomerase I é um mecanismo biológico importante no controle de células cancerígenas Com a inativação da enzima ocorre ruptura da fita de DNA ao longo da sequência gênica efeito que se busca atingir na célulaalvo BRANDÃO et al 2010 O desemparelhamento de bases nitrogenadas e pequenas inversões geradas por replicações defeituosas são corrigidos pelas vias de reparo direto RD ou pelo reparo de mau emparelhamento RME que funciona principalmente durante a fase S WISEMAN HALLIWELL 1996 SCHMIDT JACKSON 2013 Os componentes dessas vias reconhecem e eliminam a estrutura defeituosa de DNA removendo uma sequência de oligonucleotídeo O espaço gerado é preenchido pela DNA polimerase e uma nova sequência de oligonucleotídeo é sintetizada Alterações de bases de nucleotídeos são muitas vezes removidas por NER como na fase G1 SCOTT et al 2014 As lacunas ou intervalos de cadeia simples ocorrem com frequência durante a replicação sendo a principal forma de correção promovida por reparo por recombinação homologa RH em uma célula Entretanto essas lesões podem ser tratadas pelo mecanismo de tolerância ao dano que operam na fase S As células desenvolveram dois mecanismos que promovem a tolerância aos danos em fase S IZHAR et al 2013 O primeiro é o mecanismo mediado pela síntese trans lesão TLS executado pela polimerase V que replica DNA por meio de lesões estratégia muitas vezes propensa a erros A segunda consiste na troca de moldes executada pela polimerase II caracterizada por ser livre de erros de replicação ao preencher as lacunas danificadas a partir das informações da fitairmã não danificada esse processo se assemelha com o processo de RH IZHAR et al 2013 MAILAND et al 2013 Danos de fitas duplas são passíveis de ocorrer na fase S Por essa razão o reparo por RH ou NHEJ é executado de forma dependente das proteínas Exonuclease 1 Exo1 e MRN As mesmas apresentam um complexo de ligação ao DNA que durante a ruptura de fita dupla promove a invasão da fita danificada e auxilia na formação das Holliday junctions ZHENG et al 2015 Na presença de ruptura de fita dupla os heterodímeros Ku são recrutados com uma cinética superior aos dos fatores de RH Portanto é possível que possa existir competição entre NHEJ e RH o que sugere que fatores adicionais possam ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 893 suprimir a ligação de Ku e favorecerem as proteínas de RH Estudos recentes em células DT40 de galinha indicaram que tanto Rad18 quanto Rnf8 facilitam RH em detrimento de NHEJ ao suprimir as proteínas Ku KOBAYASHI et al 2015 REPARO DURANTE A FASE G2 E M As quebras de dupla ligação que ocorrem durante a replicação devem ser reparadas antes do término da fase G2 A RH pode ocorrer durante as fases S e G2 por utilizar as cromátides irmãs como modelo de replicação é importante que as cromátides estejam na proximidade uma da outra Esse efeito é estabelecido pela coesão fornecida por uma ligação física exercida pelas cromátides que é rompida durante a anáfase subfase da mitose ABHILASH SINGH 2009 A coesão depende em grande parte pela cohesin um complexo de proteínas formado por SMC1 e SMC3 structural maintenance of chromosomes em conjunto com SCC1 e SCC3 sisterchromatid cohesion responsáveis por manter esta estrutura A coesão deve ser estabelecida durante a fase S e perdurar ao longo do processo de replicação Danos no DNA por rupturas de dupla ligação durante a fase G2 se tornam extremamente complexos em virtude da compactação do DNA e da difícil pesquisa de homologia durante o processo Entretanto o reparo de lesões em G2 e M é predominantemente por NHEJ WU YU 2012 ZHANG et al 2013 Durante a fase mitótica há formação dos fusos mitóticos originados a partir dos microtúbulos Estes são essenciais para o desenvolvimento e a forma das células transportes de componentes sinalização celular e no processo de mitose Alguns compostos específicos com atividade antineoplásica exercem seus efeitos interagindo com proteínas e microtúbulos pois qualquer distúrbio nesse equilíbrio pode causar a interrupção da mitose e consequente morte da célula Entre os anticancerígenos que atuam por tal mecanismo podem ser citados os alcaloides da Vinca os taxanos e a colchicina BRANDÃO et al 2010 REPARO DURANTE A FASE G0 A maior frequência de danos no DNA está associada à replicação celular em células que estão em divisão Entretanto células que não estão em divisão celular também estão propensas a erros Tem sido proposto que o acúmulo de danos no DNA de neurônios em humanos tem um papel crucial no envelhecimento e na patogênese de muitas doenças neurológicas com destaque para a Doença de Alzheimer Mal de Parkinson e ALS amyotrophic lateral sclerosis Os tipos de danos no DNA predominantes em neurônios são as lesões oriundas da oxidação do próprio DNA que surgem durante o metabolismo celular normal MIGLIORE et al 2005 FISHEL et al 2007 Danos oxidativos de bases são removidos principalmente por reparação por excisão de base BER enquanto os adutos de DNA são reparados principalmente por NER Este mecanismo também é importante para a sobrevivência e função adequada das células neuronais sendo essencial para o reparo de lesões endógenas seguido por reparação GGNER São poucos os relatos da reparação exercida por TLS ou NHEJ em ruptura de fita duplas Esses processos são evitados em células terminalmente diferenciadas em virtude da importância funcional dessas células e dos processos passíveis de perda de informação gênica durante o processo que inviabilizam processos metabólicos básicos de sobrevivência SWAIN RAO 2012 ENCICLOPÉDIA BIOSFERA Centro Científico Conhecer Goiânia v14 n25 p 2017 894 CONSIDERAÇÕES FINAIS A reparação precisa dos danos exercidos ao DNA é de suma importância para a integridade do genoma Caso essas lesões não sejam reparadas essas mutações podem provocar efeitos genotóxicos severos e induzir a morte celular ou mesmo resultar na incorporação de alterações no genoma e ser transmitidas para as gerações futuras Além disso podem gerar instabilidade genômica e induzir o aparecimento de câncer A regulação da reparação do DNA é dependente de dois fatores primordiais o tipo de lesão ao DNA que necessita de reparo e as características dos substratos relacionados com o ciclo celular Estas características incluem a expressão ou a estabilidade de certas proteínas de reparação o grau de compactação da cromatina e a disponibilidade dos cromossomos homólogos As pesquisas atuais sugerem interação complexa e diafonia entre os diferentes mecanismos de regulação com sobreposição e interação entre diferentes rotas que competem ou colaboram para reparar um mesmo processo de injúria No entanto muitas questões importantes sobre os detalhes moleculares e como diferentes modificações pós traducionais dos fatores de reparação podem influenciar as interações proteicas a distribuição celular o volume de atividade e por fim a reparação eficiente do DNA ainda não são esclarecidas Em estudos subsequentes esperase alcançar melhor compreensão dos mecanismos que controlam os processos de reparação do DNA e coordenar o reparo com a progressão do ciclo celular Novas descobertas poderão esclarecer as etapas que envolvem a preservação da integridade genômica ou canalizar esses conhecimentos para descobertas de fármacos que atuem diretamente no DNA em etapas cruciais da replicação celular com a finalidade de promover a morte de células tumorais REFERÊNCIAS ABDELFATAH T M ARORA A MOSELEY P COVENEY C PERRY C JOHNSON K et al ATM ATR and DNAPKcs expressions correlate to adverse clinical outcomes in epithelial ovarian cancers BBA clinical v 2 p 1017 2014 Disponível em httpdxdoiorg101016jbbacli201408001 doi 101016jbbacli201408001 ABHILASH P SINGH N Pesticide use and application an Indian scenario Journal of hazardous materials v 165 n 1 p 112 2009 Disponível em httpwwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS0304389408015409 doi 101016jjhazmat200810061 ALEKSEEV S COIN F Orchestral maneuvers at the damaged sites in nucleotide excision repair Cellular and Molecular Life Sciences v 72 n 11 p 21772186 2015 Disponível em httpslinkspringercomarticle101007s0001801518595 doi 101007s0001801518595 ALIZADEH E SANCHE L Role of humidity and oxygen level on damage to DNA induced by soft Xrays and lowenergy electrons The Journal of Physical Chemistry C v 117 n 43 p 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species role in inflammatory disease and progression to cancer Biochemical Journal v 313 n Pt 1 p 17 1996 Disponível em httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC1216878 WOOD R D Nucleotide excision repair in mammalian cells Journal of Biological Chemistry v 272 n 38 p 2346523468 1997 Disponível em httpwwwjbcorgcontent2723823465short doi 101074jbc2723823465 WU N YU H The Smc complexes in DNA damage response Cell amp bioscience v 2 n 1 p 1 2012 Disponível em httpscellandbiosciencebiomedcentralcomarticles1011862045370125 doi 1011862045370125 ZHANG Y F JIANG R LI J D ZHANG X Y ZHAO P HE M et al SMC1A knockdown induces growth suppression of human lung adenocarcinoma cells through G1S cell cycle phase arrest and apoptosis pathways in vitro Oncology letters v 5 n 3 p 749755 2013 Disponível em httpswwwspandidos publicationscom103892ol20131116 doi 103892ol20131116 ZHENG G FU Y HE C Nucleic acid oxidation in DNA damage repair and epigenetics Chemical reviews v 114 n 8 p 46024620 2014 Disponível em httppubsacsorgdoiabs101021cr400432d doi 101021cr400432d ZHENG XF KALEV P CHOWDHURY D Emerging role of protein phosphatases changes the landscape of phosphosignaling in DNA damage response DNA repair v 32 p 5865 2015 Disponível em httpwwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS1568786415001068 doi 101016jdnarep201504014 Resenha do artigo Mecanismos de reparo aos danos no DNA nos pontos de checagem do ciclo celular O artigo Mecanismo de reparo aos danos no DNA nos pontos de checagem do ciclo celular escrito por Leandro Nepomuceno Jorge Luís Ferreira Vanessa Cruz Gabriela Hadler e Eugênio Araújo é um artigo bem completo do âmbito da Biologia Celular que trás uma visão amplificada e sistematizada sobre o ciclo celular potenciais danos que podem desequilibrálo nas suas diferentes fases os mecanismos celulares e as vias para reparar tais danos e por fim se esses reparos não acontecerem as consequências a apoptose e o aparecimento de neoplasias Em uma primeira instância o artigo é introduzido com uma visão geral para o leitor sobre a importância da divisão celular mitose para os seres pluricelulares como a renovação tecidual e o crescimento do indivíduo Ademais também é trazido como ocorre um ciclo celular normal com a intérfase e suas subfases G0 G1 S e G2 que corresponde à maior parte do ciclo celular seguida da mitose ou M e suas subfases prófase metáfase anáfase telófase e citocinese que correspondem a uma pequena parte do ciclo Adiante a revisão de literatura vai abordar que em células distintas a chance de ocorrer mutações é distinta devido à taxa mitótica pois algumas células como epiteliais do folículo capilar e linfócito têm taxa mitótica infinitas vezes maior se comparada a outras como neurônios e células cardíacas que permanecem no G0 fazendo com que sejam então muito mais suscetíveis a mutações Ademais aborda também alguns pontos cruciais de checagem do DNA nos quais potenciais erros serão identificados e corrigidos como o primeiro ponto de checagem durante a G1 o segundo ponto de checagem durante a G2 e o terceiro ponto de checagem ou ponto M durante metáfase Além disso já explicita também um fármaco a Colchicina que atua evitando a formação de fibras do fuso e portanto tem um grande potencial quimioterápico ao interromper a replicação de células neoplásicas Em segunda instância o artigo relaciona também uma série de agentes deletérios que são os principais causadores desses danos ao DNA Ele classificaos em ondas ionizantes como os raio X e gama que são capazes de penetrar nos tecidos e causar danos principalmente nos aneis de purinas e pirimidinas nas bases nitrogenadas ou quebrando fitas de DNA ao causarem a liberação de radicais livres e íons reativos ondas não ionizantes que podem causar a radiólise da água e por fim os raios ultravioletas UV que podem quebrar a estrutura molecular do DNA ou provocar alteração de bases nitrogenadas interferindo na precisão de duplicação do DNA e portanto com grande implicação mutagênica Nesse contexto conseguese relacionar o artigo a uma doença de grande prevalência que é o câncer de pele e como esse tipo de dano provocado pela radiação UV é um fator de risco fundamental para a sua gênese Em seguida a revisão aborda quais são esses danos ao DNA destacando principalmente a tautomérica em que o arranjo molecular característico da citosina e da adenina o amino é substituído por outro o imino que é muito mais instável Essas bases tautoméricas podem se envolver no momento da replicação do DNA causando substituições chamadas de transversões e transições Após apresentar esses danos os autores salientam quais as vias e mecanismos que a célula dispõe para reparálos Nesse viés eles comparam as várias estratégias utilizadas pela célula como o reparo direto que remove diretamente as bases nitrogenadas alteradas corrigeas e restabelece as condições originais e é dividido em reparo por excisão de base quando a base alterada é removida ou reparo por excisão de nucleotídeos quando todo os nucleotídeos do sítio alterado são removidos e restabelecidos Outras estratégias explicadas são a recombinação homóloga que corrige o segmento danificado por um segmento homólogo localizado na cromátideirmã e a união de extremidades nãohomólogas quando não se dispõe de uma cromátideirmã então une se as duas extremidades da fita do DNA Os autores discutem também os mecanismos de controle do ciclo celular isto é mecanismos para evitar a potencial ocorrência de danos e mutações através da coordenação e sinalização celular modulando as transições do ciclo celular Quando se perde esse composto do ciclo celular e as célula passa a se dividir desordenadamente e desobedecendo a sinalização celular é que surge a neoplasia O controle do ciclo celular é composto por moléculas como ATM ATR ADNPK e quinases relacionadas e tem como proteína central a proteína p53 que é capaz de induzir a permanência da célula no G1 até o completo reparo do DNA ou então caso esse reparo não aconteça induzir a ativação de genes apoptóticos Por fim eles trazem mecanismos reparadores específicos que se sobressaem em cada fase como na G1 que se sobressai o NET reparo por excisão de nucleotídeos na fase S que se sobressai a resolução mediada por topoisomerases na fase G2 que se sobressai a RH recombinação homóloga e até na fase G0 que por mais que se pense que não possam ocorrer mutações na fase G0 por ser uma fase estacionária elas podem acontecer principalmente oriundas da oxidação do próprio DNA e são reparadas principalmente pelo mecanismo de excisão de base BER Portanto é um artigo bem explicativo e didático que explora bem o assunto e traz esquemas explicativos e ilustrativos bem esclarecedores Um aspecto interessante é a correlação que ele faz com as potenciais patologias que podem advir desses danos ao DNA não seguidos de reparos adequados como as neoplasias a Doença de Alzheimer de Parkinson e a Esclerose Lateral Amiotrófica e também como os fármacos quimioterápicos como colchicina que age nos microtúbulos e os fármacos que agem na topoisomerase Dessa forma é uma leitura muito recomendada para todos que necessitam entender mais sobre a temática Resenha do artigo Mecanismos de reparo aos danos no DNA nos pontos de checagem do ciclo celular O artigo Mecanismo de reparo aos danos no DNA nos pontos de checagem do ciclo celular escrito por Leandro Nepomuceno Jorge Luís Ferreira Vanessa Cruz Gabriela Hadler e Eugênio Araújo é um artigo bem completo do âmbito da Biologia Celular que trás uma visão amplificada e sistematizada sobre o ciclo celular potenciais danos que podem desequilibrálo nas suas diferentes fases os mecanismos celulares e as vias para reparar tais danos e por fim se esses reparos não acontecerem as consequências a apoptose e o aparecimento de neoplasias Em uma primeira instância o artigo é introduzido com uma visão geral para o leitor sobre a importância da divisão celular mitose para os seres pluricelulares como a renovação tecidual e o crescimento do indivíduo Ademais também é trazido como ocorre um ciclo celular normal com a intérfase e suas subfases G0 G1 S e G2 que corresponde à maior parte do ciclo celular seguida da mitose ou M e suas subfases prófase metáfase anáfase telófase e citocinese que correspondem a uma pequena parte do ciclo Adiante a revisão de literatura vai abordar que em células distintas a chance de ocorrer mutações é distinta devido à taxa mitótica pois algumas células como epiteliais do folículo capilar e linfócito têm taxa mitótica infinitas vezes maior se comparada a outras como neurônios e células cardíacas que permanecem no G0 fazendo com que sejam então muito mais suscetíveis a mutações Ademais aborda também alguns pontos cruciais de checagem do DNA nos quais potenciais erros serão identificados e corrigidos como o primeiro ponto de checagem durante a G1 o segundo ponto de checagem durante a G2 e o terceiro ponto de checagem ou ponto M durante metáfase Além disso já explicita também um fármaco a Colchicina que atua evitando a formação de fibras do fuso e portanto tem um grande potencial quimioterápico ao interromper a replicação de células neoplásicas Em segunda instância o artigo relaciona também uma série de agentes deletérios que são os principais causadores desses danos ao DNA Ele classificaos em ondas ionizantes como os raio X e gama que são capazes de penetrar nos tecidos e causar danos principalmente nos aneis de purinas e pirimidinas nas bases nitrogenadas ou quebrando fitas de DNA ao causarem a liberação de radicais livres e íons reativos ondas não ionizantes que podem causar a radiólise da água e por fim os raios ultravioletas UV que podem quebrar a estrutura molecular do DNA ou provocar alteração de bases nitrogenadas interferindo na precisão de duplicação do DNA e portanto com grande implicação mutagênica Nesse contexto conseguese relacionar o artigo a uma doença de grande prevalência que é o câncer de pele e como esse tipo de dano provocado pela radiação UV é um fator de risco fundamental para a sua gênese Em seguida a revisão aborda quais são esses danos ao DNA destacando principalmente a tautomérica em que o arranjo molecular característico da citosina e da adenina o amino é substituído por outro o imino que é muito mais instável Essas bases tautoméricas podem se envolver no momento da replicação do DNA causando substituições chamadas de transversões e transições Após apresentar esses danos os autores salientam quais as vias e mecanismos que a célula dispõe para reparálos Nesse viés eles comparam as várias estratégias utilizadas pela célula como o reparo direto que remove diretamente as bases nitrogenadas alteradas corrigeas e restabelece as condições originais e é dividido em reparo por excisão de base quando a base alterada é removida ou reparo por excisão de nucleotídeos quando todo os nucleotídeos do sítio alterado são removidos e restabelecidos Outras estratégias explicadas são a recombinação homóloga que corrige o segmento danificado por um segmento homólogo localizado na cromátideirmã e a união de extremidades nãohomólogas quando não se dispõe de uma cromátideirmã então unese as duas extremidades da fita do DNA Os autores discutem também os mecanismos de controle do ciclo celular isto é mecanismos para evitar a potencial ocorrência de danos e mutações através da coordenação e sinalização celular modulando as transições do ciclo celular Quando se perde esse composto do ciclo celular e as célula passa a se dividir desordenadamente e desobedecendo a sinalização celular é que surge a neoplasia O controle do ciclo celular é composto por moléculas como ATM ATR ADNPK e quinases relacionadas e tem como proteína central a proteína p53 que é capaz de induzir a permanência da célula no G1 até o completo reparo do DNA ou então caso esse reparo não aconteça induzir a ativação de genes apoptóticos Por fim eles trazem mecanismos reparadores específicos que se sobressaem em cada fase como na G1 que se sobressai o NET reparo por excisão de nucleotídeos na fase S que se sobressai a resolução mediada por topoisomerases na fase G2 que se sobressai a RH recombinação homóloga e até na fase G0 que por mais que se pense que não possam ocorrer mutações na fase G0 por ser uma fase estacionária elas podem acontecer principalmente oriundas da oxidação do próprio DNA e são reparadas principalmente pelo mecanismo de excisão de base BER Portanto é um artigo bem explicativo e didático que explora bem o assunto e traz esquemas explicativos e ilustrativos bem esclarecedores Um aspecto interessante é a correlação que ele faz com as potenciais patologias que podem advir desses danos ao DNA não seguidos de reparos adequados como as neoplasias a Doença de Alzheimer de Parkinson e a Esclerose Lateral Amiotrófica e também como os fármacos quimioterápicos como colchicina que age nos microtúbulos e os fármacos que agem na topoisomerase Dessa forma é uma leitura muito recomendada para todos que necessitam entender mais sobre a temática