TEMA 3 - Reparación del DNA Flashcards
¿Qué mecanismos existen de reparación del DNA?
Reparación directa: revierten el daño en el DNA directamente.
Reparación por escisión (BER y NER).
Reparación de bases mal apareadas (MMR).
Reparación de roturas de doble cadena (HR y NHEJ)
Síntesis translesiva o bypass.
¿Qué tres tipos de mutaciones se pueden producir (en general)?
- Cambios en una sola base: afectan la secuencia pero no distorsionan mucho la estructura.
- Distorsiones estructurales: formación de dímeros, metilación de bases etc. Son impedimentos para la replicación y la transcripción.
- Roturas de DNA: Una rotura de una de las cadenas se repara facilemente, pero un DSB (rotura de doble cadena) puede dar lugar a pérdida de DNA si no se repara.
¿Qué causa la formación de dímeros de timina, por qué es importante corregirlo y como los corrige la célula?
Causado por radiación UV.
Crea un kink que impide el paso de la polimerasa.
Reparación directa:
La fotoliasa usa la luz para revertir la formación de dímeros de ciclobutano de pirimidina.
¿Qué causa la formación de O6-metil-guanina, por qué es importante corregirlo y cómo los corrige la célula?
Causado por agentes alquilantes.
La O6-metil-guanina es complementaria a la Timina en vez de Citosina.
Reparación directa:
Las enzimas O6-metil-guanina DNA metil transferasas eliminan grupos metilo del O6 de la Guanina, transfiriéndolo a sus propios residuos de cisteína.
¿Cuál es el mecanismo general de la reparación por escisión?
- Incisión: Estructura dañada es reconocida por endonucleasa que corta el DNA.
- Escisión: Exonucleasa elimina el DNA dañado (a veces una helicasa desplaza este DNA y se degrada posteriormente).
- Síntesis: la cadena de ssDNA sirve de molde para la síntesis del DNA reemplazante(polimerasa). La ligasa sella el nick.
¿Qué tipo de daño arregla el BER?
Corrigen daños en las bases que no causan una distorsión en la doble hélice y no afectan a la replicación y transcripción.
Corrigen la deaminación, depurinación, metilación etc.
¿Cómo es el mecanismo BER en E. coli?
- DNA glicosilasas específicas para la base dañada rompe el enlace de la base con el azúcar, dejando un sitio AP.
- AP endonucleasa rompe la cadena y eliminan el azúcar fosfato del sitio AP.
- Polimerasa I rellena el hueco usando la cadena complementaria como molde y DNA ligasa sella el nick.
¿Cómo es el mecanismo BER en Eucariotas?
(Short patch pathway)
- Short-patch pathway: Se reemplaza sólo un nucleotido. Mecanismo dominante (99%).
1. DNA glicosilasas específicas para la base dañada rompe el enlace de la base con el azúcar, dejando un sitio AP.
2. AP endonucleasa (APE1) rompe la cadena y eliminan el azúcar fosfato del sitio AP.
3. Pol beta (quiescencia) o Pol delta (proliferación) meten el nuevo nucleotido, XRCC1 (Ligasa 3) sella el nick.
¿Cómo es el mecanismo BER en Eucariotas?
(Long patch pathway)
- Long-patch pathway: Se reemplazan 2-10nt. Sólo ocurre en células en proliferación porque requiere la maquinaria de replicación. (1%).
1. DNA glicosilasas específicas para la base dañada rompe el enlace de la base con el azúcar, dejando un sitio AP.
2. AP endonucleasa (APE1) rompe la cadena y eliminan el azúcar fosfato del sitio AP.
3. Pol delta/epsilon (se requiere PCNA empiezan a sintetizar y van levantando la secuencia errónea creando un flap. FEN1 elimina el flap. Ligasa I sella el nick.
¿Qué tipo de daño arregla el NER?
Repara todas las lesiones que provoquen una distorsión en la estrcutura de la doble hélice, que por tanto afectan a la replicación y a la transcripción.
¿Cómo es el mecanismo NER en E. coli?
Sistema Uvr:
1. Dímero UvrA.UvrB rastrea el DNA. UvrA detecta distorsiones y el dímero se une a la distorsión.
2. UvrA se disocia y UvrB abre el DNA, creando una burbuja alrededor de la lesión.
3. Se recluta a UvrC, que corta asimétricamente (8nt antes de la lesión, 4nt después).
4. Se une UvrD (helicasa), que desplaza el ssDNA cortado. DNA pol y ligasa rellenan el gap y sellan el nick.
¿Cómo es el mecanismo NER en Eucariotas?
Global Genoma repair (GG-NER):
Proteína XPC en complejo con otras proteínas reconocen daño en cualquier lugar del genoma.
TC-NER se activa cuando la RNApol II se bloquea durante la transcripción al encontrarse una lesión.
En ambos casos:
1. Se recluta TFIIH que tiene dos subunidades helicasas (XPB, XPD).
2. XPF+XPG cortan el DNA a ambos lados (endonucleasas). Las helicasas desplazan el DNA cortado, dejando un gap de 22-30nt.
3. Se une el PCNA que recluta a una polimerasa (pol delta, pol k o pol epsilon). Se sella el nick con ligasa.
¿Qué es la Xeroderma Pigmentosa?
Enfermedad debida a mutaciones en proteínas del sistema NER (XPA-XPG). Los enfermos no pueden reparar las lesiones producidas por los rayos UV.
¿Por qué es la tasa de mutación del genoma durante la replicación de 10^-10?
La tasa de mutación de la actividad 5’-3’ polimerasa es de 10^-5.
La actividad exonucleasa 3’-5’ lo reduce a 10^-7.
Los sistemas de reparación de errores lo reducen a 10^-10.
¿Cuándo se da la reparación de bases mal apareadas (MMR) en E. coli y cómo se sabe cual es la cadena de nueva síntesis?
- La Dam metilasa transfiere grupos metilo de S-adenosin metionina a adeninas en la secuencia GATC.
- Tarda dos minutos en hacerlo después de que el nucleótido ha sido incorporado, por lo que el DNA queda temporalmente hemimetilado tras la replicación.
- Se utiliza esta hemimetilación para diferenciar entre la cadena parental y la de nueva sintesis. Así, si hay mismatch, se cambia la hebra no metilada.
¿Cómo se da la reparación de bases mal apareadas (MMR) en E. coli?
- MutS escanea el DNA, se une al mismatch y recluta a MutL.
- El complejo MutS.MutL activan a MutH, que produce un nick cerca del mismatch.
- Una helicasa desenrolla el DNA en el sitio del error y una exonucleasa degrada el DNA desplazado.
- El gap es reparado por la DNApol III y la ligasa.
¿Cómo se comparan las proteínas en el sistema MMR en eucariotas con las de E. coli?
Todos los organismos tienen homólogos de MutS y MutL, pero MutH sólo está presente en E. coli y algunas bacterias gram-.
¿Cómo funciona el sistema de MMR en eucariotas?
- hMutSalfa (MSH2-MSH6) escanean el DNA y localizan las bases mal apareadas.
- hMutLalfa (MLH1-PMS2) se une y es activado por el PCNA y corta la hebra de DNA a ambos lados.
- Se recluta a EXO1 que elimina la secuencia / se da strand displacement synthesis / Pol delta o Pol epsilon usan su actividad 3’-5’ exo para ir digiriendo.
- Se vuelve a sintetizar.
- Ligasa cierra el nick.
¿Qué es el Cáncer Colorrectal Hereditario no polipósico (HNPCC)?
¿Cómo funciona el mecanismo de reparación de DSB NHEJ?
- El heterodímero Ku70/80 reconoce los extremos del DSB y se une a ellos, reclutando DNA-PKcs.
- Se usan nucleasas (Artemis) o polimerasas para ‘remoledar’ los extremos y que sean compatibles (en el caso de que no lo sean).
- El complejo ligasa XRCC$-DNA Ligasa IV-XLF une los extremos.
¿Cómo funciona el mecanismo de reparación de DSB HR?
- El complejo MRN-CtIP remodela los extremos para que haya ssDNA.
- ssDNA se cubre en RPA (para evitar estrcutura 2aria).
- El RPA es reemplazado por Rad51 con la ayuda de BRCA2.
- Los extremos con proteína Rad51 buscan la secuencia homóloga en la cromátida hermana.
- Se da strand invasion y el DNA se extiende usando la secuencia de la cromátida hermana cómo template.
¿Cuáles son los distintos tipos de End Joining en DSB en eucariotas?
- C-NHEJ (Classical NHEJ): Mecanismo error-prone que funciona no hay homología o homología de 1-4nt.
- MMEJ/alt-EJ (Microhomology-Mediated End Joining): Mecanismo error-prone que requiere pequeñas microhomologías de 1-16nt.
- SSA (Single Strand Anhealing): Mecanismo error-prone que funciona en secuencias repetidas y requiere homología de 20nt.
MMEJ y SSA son muy mutagénicos.
¿Qué es la sintesis translesiva (TLS) o bypass y cómo funciona?
Realizado por polimerasas bypass, permite que se siga la replicación ante lesiones que normalmente bloquearían la replicación.
Las polimerasas TLS pueden seguir sintetizando ya que tienen un centro activo más laxo. Esto las hace más error-prone. Tienen baja procesividad.
Procariotas: DinB (Pol IV) y UmuD’2C (Pol V).
Eucariotas: El PCNA se modifica químicamente ante una lesión (se ubiquitina), lo que es señal para que entren las pol TLS.
¿En qué consiste la activación de la respuesta SOS en E. coli?
- LexA es un represor de la transcripción que controla la expresiones de los genes implicados en la respuesta SOS.
- Si hay muchas mutaciones en la célula RecA se une a ssDNA y estimula la proteólisis de LexA (actúa como co-proteasa para activar proteasa del C-terminal de LexA). Esto permite la expresión del operón. RecA también estimula la proteólisis de UmuD (precursor inactivo de UmuD’).
- Esto provoca la expresión de genes de proteínas implicadas en la reparación (uvrA, uvrB, uvrD), recombinación (recA), polimerasas bypass y de reparación, parada de división celular, inducción de lisógenos.
¿En qué consiste la activación de la respuesta DDR (DNA Damage Response) en Eucariotas?
- Un daño en el DNA supone un obstáculo para la horquilla de replicación. Esto provoca el desacoplamiento de la síntesis de las hebras leading y lagging, generando DSB y ssDNA.
- ATR se activa al haber ssDNA y ATM al haber DSBs.
- Esto provoca la activación de CHK1 (ATR) y CHK2 (ATM).
- Tanto CHK1 como CHK2 activan proteinas cómo p53 (factor de transcripción que detiene el ciclo celular y promueve la reparación del DNA), CDC25 (que señaliza la detención del ciclo celular) y BRCA1, BRCA2 (promueven la reparación del DNA).
¿Qué ocurre con la cromatina durante la reparación del DNA? (en general)
Es un obstáculo para la reparación del DNA, por lo que debe de ser remodelada y después volver a su estado original.
Distintas modificaciones de histonas (fosforilación, acetilación, metilación y ubiquitinación) estan asociadas a distintos sistemas de reparación.
