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Las mutaciones pueden ser el resultado de una incorporación incorrecta de bases durante la replicación o producto de cambios químicos espontáneos o debidos a la exposición de agentes químicos y/o radiaciones
Friedberg
modelo de corrección de prueba de la ADN polimerasa ❧ La fidelidad en la replicación es crucial
para la reproducción celular.❧ Se estima que la frecuencia de errores
durante la replicación corresponde a una base cada 109 a 1010 nucleótidos incorporados.
❧ Este frecuencia es mucho más baja que la predecida en base a la complementaridadde las bases.
❧ Esto se debe a las propiedades de la DNA polimerasa.
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Reparación del ADN
❧ Las mutaciones son cambios estables en la estructura del ADN
❧ Los mutágenos pueden ser compuestos químicos o radiaciones
❧ El ADN es reparado mas que degradado❧ Una de las causas del cáncer es una
deficiencia en la maquinaria de la reparación
❧ Los organismos están sometidos a una serie de injurias (daños) y se activa una serie de respuestas, entre ellas el detenimiento del ciclo celular y/o la apoptosis
❧ Como consecuencia y de acuerdo al tipo de daño sufrido se inicia el mecanismo de reparación del ADN
❧ Los sistemas de reparación en procariotes y eucariotes son homólogos
Mecanismos de ReparaciónTipos de Daño
❧ Deaminación de Bases● Remoción del grupo amino (citosina-uracilo)
(adenina- hipoxantina) (guanina-xantina)● Problema de mal apareamiento, transmisión de una
mutación● Agentes que causan deaminación
• Calor (37ºC)• Hidroxilamina (in vitro, citosina)• Bisulfito (citosina simple cadena)• Ácido Nitroso (aditivos alimenticios; adenina y guanina)
Mecanismos de ReparaciónTipos de Daño
❧ Daño por Especies Reactivas del Oxígeno● Una consecuencia del crecimiento en aerobiosis es la
exposición de macromoléculas a especies reactivas del oxígeno
• Superóxido, peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilos, 8-oxiG
❧ Alquilación de Bases● Adición de grupos metilos
• Puede ocurrir como una respuesta normal, o por mutágenos• O4 timina, N7 metilguanina, N3 adenina, N7 guanina, O6 O4
metilguanina• Mal apareamiento
Mecanismos de ReparaciónTipos de Daño
❧ Lesiones Voluminosas y Aductos● Factores ambientales
• UV (dímeros ciclobutano, pirimidinas)
❧ Ruptura de Doble Cadenas● Factores ambientales
• Rayos X, Rayos gama, Agentes reactivos
Daños del ADNA y causas
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CarcinogenosClases de Mecanismos de
Reparación
❧ Reversión directa del daño.❧ Remoción de bases dañadas y reemplazo
con ADN sintetizado de novo.
Mecanismo de Excisión
❧ Es el mecanismo de reparación más importante en el hombre.
❧ El ADN dañado es reconocido, removido ya sea como bases libres o como nucleótidos, y el hueco es llenado a través de la síntesis de nuevo ADN utilizando la cadena complementaria.
Mecanismo de Excisión
❧ Reparación por escisión de bases (BER)❧ Reparación por escisión de nucleótidos
(NER).❧ Reparación por mal apareamiento.
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NER
❧ NER remueve un trozo de ADN que contiene el daño.
❧ El oligonucleótido removido es de 29 bases.❧ Xeroderma pigmentosum (XP) es una
enferme-dad caracterizada por la extrema sensibilidad de la piel a la radiación UV.
❧ Las células de estos pacientes son deficientes en la reparación del ADN.
NER
❧ El paso de reparación por escisión de nucleó-tidos (NER) está involucrado en varios tipos de daños de ADN
❧ La reparación es más rápida y más completa en aquellas secuencias que son transcriptas activa-mente por polimerasa II. Estos dos pasos se conocen como reparación asociada a la trans-cripción (TCR) y reaparación global del geno-ma (GGR)
NER (humanos)❧ Básicamente intervienen seis proteínas, algunas
de ellas formadas por múltiples subunidades.❧ XPA, RPA, XPC-hHR23B, TFIIH, XPG ,
ERCC1-XPF.❧ XPC reconoce el error, TFIIH posee actividad de
helicasa, XPG corta en 3´ y XPF en 5´.❧ El fragmento que incluye al daño es removido y
la Polδ⁄ε❧ XPC es la proteína con menor participación en el
proceso de NER. Es el único factor complementario que no es indispensable en TCR
TFII H
❧ El factor de transcripción basal TFII H está compuesto de nueve subunidades, dos de las cuales, (XPB y XPD) son helicasascon polaridades opuestas.
Xeroderma Pigmentosum
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❧ XP es una enfermedad rara recesiva y autosómi-ca que se caracteriza por la extrema sensibilidad de la piel a la luz solar.
❧ Comparado con individuos normales pacientes XP tienen un riesgo 1000 veces mayor de desarro-llar cáncer en áreas de la piel expuestas al sol.
❧ En estos pacientes se encuentra alterada la repa-ración de daños del ADN inducidos por la luz UV como consecuencia de mutaciones en genes que forman parte del mecanismo de reparación cono-cido como reparación por excisión de nucleótidos
XP❧ El desarrollo del cáncer de piel es un proceso
que consiste en varias etapas iniciadas cuando UV produce daño en el ADN tal como dimerosde pirimidina ciclobutano (CPD) y fotopro-ductos 6-pirimidina-4-pirimidina (6-4)PPs.
❧ En respuesta al daño, se inician una serie de mecanismos de defensa, tales como reaparación de ADN, inducción de p53 (apoptosis o detención del ciclo celular)
XP
❧ Aproximadamente 80% de los pacientes XP han sido clasificados en siete grupos de acuerdos a los genes defectuosos.
❧ Estos pacientes poseen defectos a nivel de NER.
❧ Existen otros, un 20%, que han sido designados como XP-variantes (XPV) cuyo defecto es a nivel postreplicativo.
XP
❧ Mutaciones en XPD y XPB (helicasas) pueden originar diferentes cuadros clínicos: XP, XP combinado con síndrome de Cockayne (CS) o trichotiodistrofia(TTD).
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Características clínicas de sindromes relacionados con NER
Características XP XP-CS CS TTD
Piel sensible al UV ++ ++ + b + bCáncer de piel ++ + - -Degeneracion neuronal primaria ± c - - -Neurodismielinización - ++ + +Retraso mental ± c + + +Enanismo ± c + + +Cabello y uñas quebradizas - - - +Ictiosis - - - +
Síndrome de Cockayne
❧ Es muy raro (menos de 200 casos).❧ Células CS tienen una sensibilidad similar a
la UV como las células XP.❧ Los defectos moleculares se manifiestan en la
reparación de genes que se transcriben.❧ Dos grupos: CS-A y CS-B.
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Mismatch repair
❧ Este sistema reconoce bases mal comple-mentadas resultante de la replicación.
❧ Rastrea ADN recién replicado, identifica la complementaridad errónea y remueve la base errónea en la nueva cadena.
❧ En E.coli identifica la nueva cadena pues ésta todavía no se encuentra metilada en GATC (A es la que se metila).
Reparación por Mal Apareamiento ❧ Errores en la replicación así como cambios en
las bases provocan mal apareamiento que son reparados por MMR
● Originalmente conocido como methyl mismatch repairpor estar involucrada la enzima Dam metilasa de Ecoli
• GATC (la adenina se encuentra metilada en bacterias que poseen Dam metilasa)
• Mutantes dam poseen incrementada su tasa de mutación• Los genes MutS, MutH y Mut l están involucrados
Reparación por Mal Apareamiento
❧ Mutaciones en MSH2 y MLH1 están asociadas a el cáncer colorectal sin poliposis hereditario (HNPCC).
❧ Se puede observar en las células tumorales una inestabilidad de microsatélites (MSI)
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Rupturas de doble cadena (DSB)❧ DSB se producen por el efecto de radiaciones ionizantes
y durantes ciertos procesos de recombinación específicos como la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune.
❧ Los eucariotes poseen dos sistemas diferentes de reparación: recombinación homóloga y la unión de terminaciones de ADN no homólogos (NHEJ).
❧ Este último proceso es el que predomina en mamíferos.❧ Esto se podría deber a que existen numerosas secuencias
repetitivas que podrían ocasionar amplificaciones o deleciones génicas si HR fuese común
Tutt y Ashworth
❧ Alrededor del 10% de los tumores de mama tienen un componente familiar.
❧ Entre estos encontramos alrededor de un 15-20% con mutaciones en BRCA1 o BRCA2
❧ Cuando existen 6 o más miembros de una familia con tumores de mama el % asciende al 80%.
❧ Ratones deficientes en BRCA2 presentan aberraciones cromosomales.
Patel et al
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Rupturas de doble cadena (DSB)❧ DSB se producen por el efecto de radiaciones ionizantes y
durantes ciertos procesos de recombinación específicos como la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune.
❧ Los eucariotes poseen dos sistemas diferentes de reparación: recombinación homóloga y la unión de terminaciones de ADN no homólogos (NHEJ).
❧ Este último proceso es el que predomina en mamíferos.❧ Esto se podría deber a que existen numerosas secuencias
repetitivas que podrían ocacionar amplificaciones o deleciones génicas si HR fuese común
Rupturas de doble cadena (DSB)
❧ DSB se producen por radiaciones ionizantes.❧ Ataxia telangiectasia (AT) y el síndrome de
Nigmegan son productos de deficiencia en la reparación de DSB.
❧ DSB también ocurre durante la recombinación V(D)J en la maduración del sistema inmune.
❧ Esto podría explicar la prevalencia de tumores linfoides en AT y NBS.
Reparación de uniones terminales de ADN no homólogos
Ataxia Telangiectasia
❧ Rasgos clínicos: ataxia cerebelar progresiva, deficiencia inmune, telangiectasia oculocutáneasensibilidad a las radiaciones ionizantes.
❧ Autosómico recesivo (1/3000.000).❧ 10-20% riesgo de desarrollar la enfermedad
usualmente linfomas (60%) o leucemias (30%).❧ Aberraciones cromosomales: rupturas, huecos,
trnslocaciones (7:14 en 5-15%)
Ataxia Telangiectasia
❧ Gen ATM (11q22-23) 66 exones, más de 300 mutaciones.
❧ La función es detectar dobles rupturas y activar ciertos puntos de control del ciclo celular.
❧ Los heterozigotas tienen mayor riesgo de cáncer especialmente de mama.
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Síndrome de Ruptura de Nijmegan (NBS)
❧ Rasgos clínicos: baja estatura, microcefalia progresiva y aumento en el riesgo de cáncer especialmente linfomas.
❧ Autosómico recesivo.❧ Muy similar a AT.❧ Más común en poblaciones de Europa del
Este.
Síndrome de Ruptura de Nijmegan (NBS)
❧ Inversiones y translocaciones 7:14.❧ Gen NBS1 (8q21) codifica para nibrina,
quee estaría asociada a proteínas de la maquinaria de reaparación.
❧ Posible incremento de cáncer en los heterozigotas.
Anemia Fanconi
❧ Autosómico recesivo (1/360.000).❧ Ruptura espontánea de cromosomas.❧ 8 grupos (A-H) (A y C clonados; A: 69%).❧ FAA (16q24.3) y FAC codifican para
proteínas de función no conocida.❧ Los rasgos clínicos incluyen fallas en la
médula ósea. Malformaciones renales, cardíacas, miembros.
Anemia Fanconi
❧ Los heterezigotas poseen mayor riesgo de cáncer.
Síndrome de Bloom
❧ Autosómico recesivo (prevalece en judíos ashkenazi).
❧ Alta frecuencia de rupturas en cromosomas.
❧ BLM (15q26) miembro de la familia RecQ(helicasa). La ausencia de la proteína desestabiliza a otros factores involucrados en la reparación.
Síndrome de Bloom
❧ Sígnos clínicos: bajo peso al nacimiento deficiencia en el crecimiento, defectos severos inmunológicos.
❧ 20% desarrolla neoplasmas; leucemia, linfomas y otros tipos de carcinomas.
❧ Los heterozigotas no poseen mayor riesgo de cáncer.
❧ Expectativas de vida: no más de la adultez.
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Síndrome de Werner
❧ El síndrome de Werner es una enfermedad autosómica recesiva causante de un envejecimiento prematuro.
❧ El gen involucrado codifica para una proteína cuya función es de helicasa.
❧ Las mayoría de las mutaciones encontradas se encuentran en la región codificantedando como resultado una terminación prematura.
Síndrome de Werner
❧ La proteína incompleta no es capaz de localizarse en el núcleo.
❧ Células de pacientes con SW tienen una vida media menor en cultivo que las células normales.
Síndrome de WernerSindrome de Werner
Relación entre la longevidad y capacidad de reparación
hombre
Elefanteindia
Vaca
Hamsster
Rata noruega
Ratón de campo
Musaraña
Log. Dec.Potencialmáximo de años de vida
2.0
1.0
0 2 4 6
Tasa relativa de reparación
