Las mutaciones pueden ser el resultado de una incorporación

Las mutaciones pueden ser el resultado de una incorporación

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 complementaridad
de 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 Reparación
Mecanismos de Reparación
Tipos de Daño
Tipos de Daño
❧ Deaminación de Bases
❧ Daño por Especies Reactivas del Oxígeno
●
●
●
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 Reparación
Tipos de Daño
●
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
Daños del ADNA y causas
❧ Lesiones Voluminosas y Aductos
●
Factores ambientales
• UV (dímeros ciclobutano, pirimidinas)
❧ Ruptura de Doble Cadenas
●
Factores ambientales
• Rayos X, Rayos gama, Agentes reactivos
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Carcinogenos
Clases de Mecanismos de
Reparación
❧Reversión directa del daño.
❧Remoción de bases dañadas y reemplazo
con ADN sintetizado de novo.
Mecanismo de Excisión
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.
❧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 nucleótidos (NER) está involucrado en varios tipos de
daños de ADN
❧La reparación es más rápida y más completa en
aquellas secuencias que son transcriptas activamente por polimerasa II. Estos dos pasos se
conocen como reparación asociada a la transcripción (TCR) y reaparación global del genoma (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 helicasas
con polaridades opuestas.
Xeroderma Pigmentosum
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❧XP es una enfermedad rara recesiva y autosómica 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 desarrollar cáncer en áreas de la piel expuestas al sol.
❧En estos pacientes se encuentra alterada la reparación de daños del ADN inducidos por la luz UV
como consecuencia de mutaciones en genes que
forman parte del mecanismo de reparación conocido 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 dimeros
de pirimidina ciclobutano (CPD) y fotoproductos 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
Piel sensible al UV
Cáncer de piel
Degeneracion neuronal primaria
Neurodismielinización
Retraso mental
Enanismo
Cabello y uñas quebradizas
Ictiosis
XP
++
++
±c
±c
±c
-
XP-CS
++
+
++
+
+
-
CS
+
+
+
+
-
b
TTD
+b
+
+
+
+
+
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 complementadas 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 repair
por 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 oculocutánea
sensibilidad 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
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.
❧Los heterezigotas poseen mayor riesgo de
cáncer.
Síndrome de Bloom
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.
❧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 codificante
dando 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 Werner
Sindrome de Werner
Relación entre la longevidad y
capacidad de reparación
Log. Dec.Potencial
máximo de años de vida
2.0
hombre
Elefante
india
Vaca
1.0
Hamsster
Rata noruega
Ratón de campo
Musaraña
0
2
4
6
Tasa relativa de reparación
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