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7.S: Mutación y reparación del ADN (resumen) - Biología

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Resumen: causas de transiciones y transformaciones

La Tabla 7.1 enumera varias causas de mutaciones en el ADN, incluidos mutágenos y cepas mutantes en bacterias. Esto también puede ser una fuente de alelos mutantes.

Mesa. 7.1. Resumen de los efectos de varios agentes que alteran las secuencias de ADN (mutágenos y genes mutantes)
Agente (mutágeno, etc.)EjemploResultado
Análogos de nucleótidosBrdUTPtransiciones, p. ej. A: T a G: C
Agentes oxidantesácido nitrosotransiciones, p. ej. C: G a T: A
Agentes alquilantesnitrosoguanidinatransiciones, p. ej. G: C a A: T
Mutágenos por desplazamiento de marcoBenz (a) pirenoeliminaciones (corto)
Radiación ionizanteRayos X, rayos groturas y eliminaciones (grandes)
UVUV, 260 nmDímeros Y, replicación en bloque
Incorporación incorrecta:
ADN alterado Pol IIImutD=dnaQ; e subunidad de ADN PolIIItransiciones, transversiones y cambios de marco en cepas mutantes
Reparación propensa a erroresNecesita UmuC, UmuD, DNA PolIIItransiciones y transversiones en tipo salvaje durante SOS
Otros genes mutantesmutM, mutT, mutYtransversiones en las cepas mutantes

Lecturas adicionales

  • Friedberg, E. C., Walker, G. C. y Siede, W. (1995) Reparación y mutagénesis del ADN, ASM Press, Washington, D.C.
  • Kornberg, A. y Baker, T. (1992) Replicación de ADN, 2Dakota del Norte Edition, W. H. Freeman and Company, Nueva York.
  • Zakian, V. (1995) Cajero automáticoGenes relacionados: ¿Qué nos dicen sobre las funciones del gen humano? Celda 82: 685-687.
  • Kolodner, R. (1996) Bioquímica y genética de la reparación de desajustes eucariotas. Genes y Desarrollo10:1433-1442.
  • Sutton MD, Smith BT, Godoy VG, Walker GC. (2000) La respuesta SOS: conocimientos recientes sobre la mutagénesis dependiente de umuDC y la tolerancia al daño del ADN.Annu Rev Gineta34:479-497.
  • De Laat, W. L., Jaspers, N. C. J. y Hoeijmakers, J. (1999) Mecanismo molecular de reparación por escisión de nucleótidos. Genes y Desarrollo13: 768-785. Esta revisión se centra en la reparación por escisión de nucleótidos en mamíferos.

Reparación de ADN

Nuestros editores revisarán lo que ha enviado y determinarán si deben revisar el artículo.

Reparación de ADN, cualquiera de los varios mecanismos mediante los cuales una célula mantiene la integridad de su código genético. La reparación del ADN asegura la supervivencia de una especie al permitir que la descendencia herede el ADN de los padres con la mayor fidelidad posible. También preserva la salud de un individuo. Las mutaciones en el código genético pueden provocar cáncer y otras enfermedades genéticas.

La replicación exitosa del ADN requiere que las dos bases de purina, adenina (A) y guanina (G), se emparejen con sus contrapartes de pirimidina, timina (T) y citosina (C). Sin embargo, diferentes tipos de daño pueden evitar el apareamiento correcto de bases, entre ellos mutaciones espontáneas, errores de replicación y modificación química. Las mutaciones espontáneas ocurren cuando las bases de ADN reaccionan con su entorno, como cuando el agua hidroliza una base y cambia su estructura, lo que hace que se empareje con una base incorrecta. Los errores de replicación se minimizan cuando la maquinaria de replicación del ADN "corrige" su propia síntesis, pero a veces los pares de bases no coincidentes escapan a la corrección de pruebas. Los agentes químicos modifican las bases e interfieren con la replicación del ADN. Las nitrosaminas, que se encuentran en productos como la cerveza y los alimentos encurtidos, pueden provocar la alquilación del ADN (la adición de un grupo alquilo). Los agentes oxidantes y las radiaciones ionizantes crean radicales libres en la célula que oxidan las bases, especialmente la guanina. Los rayos ultravioleta (UV) pueden resultar en la producción de radicales libres dañinos y pueden fusionar pirimidinas adyacentes, creando dímeros de pirimidina que evitan la replicación del ADN. La radiación ionizante y ciertos medicamentos, como el agente quimioterapéutico bleomicina, también pueden bloquear la replicación al crear roturas de doble hebra en el ADN. (Estos agentes también pueden crear roturas de una sola hebra, aunque esta forma de daño a menudo es más fácil de superar para las células). Los análogos de bases y los agentes intercalantes pueden causar inserciones y deleciones anormales en la secuencia.

Hay tres tipos de mecanismos de reparación: reversión directa del daño, reparación por escisión y reparación posreplicación. La reparación de inversión directa es específica del daño. Por ejemplo, en un proceso llamado fotorreactivación, las bases de pirimidina fusionadas por luz ultravioleta se separan mediante ADN fotoliasa (una enzima impulsada por la luz). Para la reversión directa de los eventos de alquilación, una ADN metiltransferasa o ADN glicosilasa detecta y elimina el grupo alquilo. La reparación por escisión puede ser específica o inespecífica. En la reparación por escisión de bases, las glicosilasas de ADN identifican y eliminan específicamente la base no emparejada. En la reparación por escisión de nucleótidos, la maquinaria de reparación reconoce una amplia gama de distorsiones en la doble hélice causadas por bases no emparejadas en esta forma de reparación, se escinde toda la región distorsionada. La reparación posterior a la replicación ocurre aguas abajo de la lesión, porque la replicación se bloquea en el sitio real del daño. Para que se produzca la replicación, se sintetizan segmentos cortos de ADN llamados fragmentos de Okazaki. El espacio que queda en el sitio dañado se rellena mediante la reparación por recombinación, que utiliza la secuencia de un cromosoma hermano no dañado para reparar el dañado, o mediante una reparación propensa a errores, que utiliza la hebra dañada como plantilla de secuencia. La reparación propensa a errores tiende a ser inexacta y sujeta a mutaciones.

A menudo, cuando el ADN está dañado, la célula opta por replicarse sobre la lesión en lugar de esperar la reparación (síntesis de translesión). Aunque esto puede conducir a mutaciones, es preferible que se detenga por completo la replicación del ADN, lo que conduce a la muerte celular. Por otro lado, se destaca la importancia de una reparación adecuada del ADN cuando falla la reparación. La oxidación de la guanina por los radicales libres conduce a la transversión G-T, una de las mutaciones más comunes en el cáncer humano.

El cáncer colorrectal hereditario sin poliposis es el resultado de una mutación en las proteínas MSH2 y MLH1, que reparan los desajustes durante la replicación. Xeroderma pigmentosum (XP) es otra condición que resulta de una reparación fallida del ADN. Los pacientes con XP son muy sensibles a la luz, presentan envejecimiento cutáneo prematuro y son propensos a los tumores cutáneos malignos porque las proteínas XP, muchas de las cuales median la reparación de la escisión de nucleótidos, ya no pueden funcionar.


7.S: Mutación y reparación del ADN (Resumen) - Biología

Mutación y reparación del ADN

Una mutación, que puede surgir durante la replicación y / o recombinación, es un cambio permanente en la secuencia de nucleótidos del ADN. El ADN dañado se puede mutar mediante sustitución, deleción o inserción de pares de bases. Las mutaciones, en su mayor parte, son inofensivas, excepto cuando conducen a la muerte celular o la formación de tumores. Debido al potencial letal de las mutaciones del ADN, las células han desarrollado mecanismos para reparar el ADN dañado.

Hay tres tipos de mutaciones de ADN: sustituciones de bases, deleciones e inserciones.

1. Sustituciones de bases

Base única sustituciones se denominan mutaciones puntuales, recuerde la mutación puntual Glu ----- & gt Val que causa la anemia de células falciformes. Las mutaciones puntuales son el tipo de mutación más común y hay dos tipos.

Transición: esto ocurre cuando una purina se sustituye por otra purina o cuando una pirimidina se sustituye por otra pirimidina.

Transversión: cuando una purina se sustituye por una pirimidina o una pirimidina sustituye a una purina.

Las mutaciones puntuales que ocurren en las secuencias de ADN que codifican proteínas son silenciosas, sin sentido o sin sentido.

Silencio: Si es humillante sustitución ocurre en la tercera posición del codón, hay una buena posibilidad de que se genere un codón sinónimo. Por tanto, la secuencia de aminoácidos codificada por el gen no cambia y se dice que la mutación es silenciosa.

Missence: Cuando base sustitución da como resultado la generación de un codón que especifica un aminoácido diferente y, por lo tanto, conduce a una secuencia polipeptídica diferente. Dependiendo del tipo de sustitución de aminoácidos, la mutación sin sentido es conservadora o no conservadora. Por ejemplo, si la estructura y las propiedades del aminoácido sustituido son muy similares a las del aminoácido original, se dice que la mutación es conservadora y muy probablemente tendrá poco efecto sobre la estructura / función de las proteínas resultantes. Si la sustitución conduce a un aminoácido con una estructura y propiedades muy diferentes, la mutación no es conservadora y probablemente será perjudicial (mala) para la estructura / función de las proteínas resultantes (es decir, la mutación del punto de células falciformes).

Disparates: Cuando una base sustitución da como resultado un codón de parada que finalmente trunca la traducción y muy probablemente conduce a una proteína no funcional.

Una deleción, que da como resultado un desplazamiento de marco, se produce cuando uno o más pares de bases se pierden del ADN (consulte la Figura anterior). Si se eliminan una o dos bases, el marco de traducción se modifica, lo que da como resultado un mensaje distorsionado y un producto no funcional. Una supresión de tres o más bases deja intacto el marco de lectura. Una deleción de uno o más codones da como resultado que a una proteína le falten uno o más aminoácidos. Esto puede ser perjudicial o no.

La inserción de pares de bases adicionales puede conducir a cambios de marco dependiendo de si se insertan o no múltiplos de tres pares de bases. También son posibles combinaciones de inserciones y eliminaciones que conducen a una variedad de resultados.

Errores en la replicación del ADN

En muy, muy raras ocasiones, la ADN polimerasa incorporará una base no complementaria en la hebra hija. Durante la siguiente ronda de replicación, la base mal incorporada conduciría a una mutación. Sin embargo, esto es muy raro ya que la exonucleasa funciona como un mecanismo de corrección de pruebas que reconoce los pares de bases no coincidentes y los escinde.

Errores en la recombinación del ADN

El ADN a menudo se reordena a sí mismo mediante un proceso llamado recombinación que procede a través de una variedad de mecanismos. Ocasionalmente, el ADN se pierde durante la replicación, lo que conduce a una mutación.

Daño químico al ADN

Muchos mutágenos químicos, algunos exógenos, algunos artificiales, algunos ambientales, son capaces de dañar el ADN. Muchos fármacos quimioterapéuticos y fármacos agentes intercalantes funcionan dañando el ADN.

Los rayos gamma, los rayos X e incluso la luz ultravioleta pueden interactuar con compuestos en la célula generando radicales libres que causan daño químico al ADN.

El ADN dañado se puede reparar mediante varios mecanismos diferentes.

Reparación de desajustes

A veces, la ADN polimerasa incorpora un nucleótido incorrecto durante la síntesis de la cadena y el sistema de edición 3 'a 5', exonucleasa, no lo corrige. Estos desajustes, así como las inserciones y deleciones de una sola base, se reparan mediante el mecanismo de reparación de desajustes. La reparación de la falta de coincidencia se basa en una señal secundaria dentro del ADN para distinguir entre la hebra parental y la hebra hija, que contiene el error de replicación. Las células humanas poseen un sistema de reparación de desajustes similar al de E. coli, que se describe aquí. La metilación de la secuencia GATC ocurre en ambas cadenas en algún momento después de la replicación del ADN. Debido a que la replicación del ADN es semiconservadora, la nueva cadena hija permanece sin metilar durante un período de tiempo muy corto después de la replicación. Esta diferencia permite que el sistema de reparación de discrepancias determine qué hebra contiene el error. MutS, una proteína, reconoce y se une al par de bases no coincidentes.

Luego, otra proteína, MutL, se une a MutS y la secuencia GATC parcialmente metilada es reconocida y unida por la endonucleasa, MutH. El complejo MutL / MutS luego se enlaza con MutH que corta la cadena de ADN no metilado en el sitio GATC. Una helicasa de ADN, MutU, desenrolla la hebra de ADN en la dirección del desajuste y una exonucleasa degrada la hebra. Luego, la ADN polimerasa llena el espacio y la ligasa sella la muesca. Los defectos en los genes de reparación de desajustes encontrados en humanos parecen estar asociados con el desarrollo de cáncer colorrectal hereditario.

Reparación por escisión de nucleótidos (NER)

La NER en células humanas comienza con la formación de un complejo de proteínas XPA, XPF, ERCC1, HSSB en la lesión del ADN. El factor de transcripción TFIIH, que contiene varias proteínas, luego se une al complejo en una reacción dependiente de ATP y hace una incisión. A continuación, se desenrolla el segmento resultante de 29 nucleótidos de ADN dañado, se llena el espacio (ADN polimerasa) y se sella la muesca (ligasa).

Reparación directa de ADN dañado

A veces, el daño a una base puede repararse directamente mediante enzimas especializadas sin tener que extirpar el nucleótido.

Reparación de recombinación

Este mecanismo permite que una célula se replique más allá del daño y lo arregle más tarde.

Regulación de control de daños

La reparación del ADN está regulada en las células de mamíferos por un mecanismo de detección que detecta el daño del ADN y activa una proteína llamada p53. p53 es un factor regulador de la transcripción que controla la expresión de algunos productos génicos que afectan el ciclo celular, la replicación del ADN y la reparación del ADN. Algunas de las funciones de p53, que recién se están determinando, son: estimulación de la expresión de genes que codifican p21 y Gaad45. La pérdida de la función de p53 puede ser perjudicial, aproximadamente el 50% de todos los cánceres humanos tienen un gen p53 mutado.

La proteína p21 se une e inactiva una quinasa de división celular (CDK) que da como resultado la detención del ciclo celular. p21 también se une e inactiva el PCNA dando como resultado la inactivación de las horquillas de replicación. El complejo PCNA / Gaad45 participa en la reparación por escisión del ADN dañado.

Algunos ejemplos de enfermedades resultantes de defectos en los mecanismos de reparación del ADN.


Las vías de reparación del ADN

Una variedad de agentes que dañan el ADN endógenos y exógenos, como la luz ultravioleta, la radiación ionizante (IR) y los agentes quimioterapéuticos, pueden provocar lesiones en el ADN, incluidos desajustes, roturas de una sola hebra (SSB), roturas de doble hebra (DSB), modificaciones químicas. de las bases o azúcares, y reticulaciones entre cadenas o intracadenas. Si el daño no se corrige, provocará inestabilidad genómica y mutación, que es una de las señas de identidad del cáncer (Hanahan y Weinberg, 2011). Para prevenir esta situación, las células han desarrollado una serie de mecanismos denominados respuesta al daño del ADN (DDR) para hacer frente a este tipo de lesiones. DDR es una red compleja que funciona de diferentes maneras para atacar diversas lesiones del ADN, incluida la transducción de señales, la regulación transcripcional, los puntos de control del ciclo celular, la inducción de apoptosis, los procesos de tolerancia al daño y múltiples vías de reparación del ADN (Figura 1) (Giglia-Mari et al., 2011 Tian et al., 2015).

FIGURA 1. Respuesta al daño del ADN. El daño del ADN es causado por especies de oxígeno de agentes endógenos (ROS) o agentes exógenos como la luz ultravioleta, la radiación ionizante (IR) y los agentes de quimioterapia. La respuesta al daño del ADN (DDR) se induce para tratar las lesiones, incluida la transducción de señales, la regulación transcripcional, los puntos de control del ciclo celular, la inducción de apoptosis, múltiples vías de reparación del ADN y los procesos de tolerancia al daño. Las vías de reparación del ADN incluyen vías de reparación del ADN nuclear y mitocondrial. La reparación directa, BER, MMR y la reparación recombinacional (HR y NHEJ) existen en los sistemas de reparación tanto nuclear como mitocondrial. Se ha informado de NER solo aparición en el núcleo, y se desconoce la existencia de la vía TLS en las mitocondrias. NDNA, DNA nuclear MtDNA, DNA mitocondrial BER, reparación por escisión de bases HR, reparación por recombinación homóloga NHEJ, MMR de unión de extremos no homólogos, reparación de errores de apareamiento TLS, síntesis de translesión NER, reparación por escisión de nucleótidos.

En las células de mamíferos, los dos orgánulos principales que contienen ADN son el núcleo y las mitocondrias. Los sistemas de reparación del ADN nuclear (nDNA) se dividen en las siguientes vías principales: 1) reversión directa, que repara principalmente la lesión inducida por agentes alquilantes, 2) reparación por escisión de bases (BER), dirigida a roturas de ADN (SSB) y no voluminosas bases de ADN deterioradas, 3) reparación por escisión de nucleótidos (NER), corrección de lesiones voluminosas del ADN que distorsionan la hélice, 4) reparación de errores de emparejamiento (MMR), reparación de bucles de inserción / deleción (IDL) y errores de emparejamiento base-base, 5) reparación recombinacional, que se divide además en reparación de recombinación homóloga (HRR) y unión de extremos no homólogos (NHEJ), que funcionan principalmente en las roturas de doble hebra del ADN, 6) unión de extremos no homólogos alternativa (alt-NHEJ, MMEJ), involucrada en la reparación de DSB, 7 ) síntesis de translesión (TLS), que es más probable que sea un mecanismo de tolerancia al daño del ADN (Jackson y Bartek, 2009 Hosoya y Miyagawa, 2014). Las vías de reparación del ADN mitocondrial (ADNmt), incluida la reversión directa, BER, MMR, TLS y reparación de rotura de doble cadena (DSBR), pueden reparar el ADN dañado para mantener la integridad genética de las mitocondrias, proteger el ADNmt contra el daño oxidativo y promover la supervivencia celular (Ohta , 2006 Saki y Prakash, 2017).


Sistema de reparación de ADN (con diagrama) | Mutación

Los di & shynners de pirimidina (inducidos por rayos UV) pueden ser monomerizados de nuevo por fotoliasas de ADN en presencia de luz visible. La escisión del anillo de ciclobutano de los dímeros de piri y shymidina por las fotoliasas de ADN restaura la estructura original del ADN (fig. 13.15A). Las fotoliasas tienen cromóforos que absorben la luz azul para proporcionar energía para la reacción.

La foto-reactivación es específica para los dímeros de pirimidina y es un ejemplo de inversión directa y está libre de errores.

El efecto mutagénico de los agentes alquilantes se protege mediante la reversión directa proporcionada por la enzima alquiltransferasa. Esta proteína inducible elimina específicamente un grupo alquilo de la posición O 6 de la guanina y lo transfiere a la proteína misma, lo que provoca la inactivación de la proteína (fig. 13.15B).

Tipo 2. Reparación de escisión:

En la reparación por escisión de nucleótidos, una endonucleasa hace mellas a ambos lados de la lesión, que luego se quitan para dejar un espacio. Este espacio se llena con una ADN poli & timimerasa, y la ADN ligasa forma el enlace fosfodiéster final (fig. 13.16A). En la reparación por escisión de la base, la lesión se elimina mediante una ADN glicosilasa específica.

El sitio AP resultante se escinde y se expande hasta un espacio mediante una endonucleasa AP más exonucleasa. A partir de entonces, el proceso es como la reparación por escisión de nucleótidos (fig. 13.16B).

Escriba # 3. Reparación de desajustes:

Los errores de replicación que escapan a la revisión tienen un desajuste en la cadena hija. La hemimetilación del ADN después de la replicación permite distinguir la hebra hija de la hebra parental. La base que no coincide se elimina de la hebra hija mediante un mecanismo de reparación por escisión (fig. 13.17).

Escriba # 4. Reparación de rotura de doble hilo:

Las roturas de doble hebra se reparan simplemente juntando los extremos, lo que se denomina unión de extremos no homólogos. Esto se logra mediante la ADN ligasa bajo la dirección de un complejo proteico de múltiples componentes (fig. 13.18). El mecanismo de reparación alternativo y el shinismo se basan en secuencias de nucleótidos de una pieza homogénea y tímida de ADN, como la cromátida hermana o el cromosoma homólogo, denominada recombinación dirigida por homología.

Escriba # 5. Reparación SOS:

La respuesta SOS se inicia mediante la interacción de la proteína Rec A con el represor Lex A. El daño activa la proteína Rec A que provoca la degradación proteolítica de la proteína Lex A. Por tanto, todos los operones a los que está ligado Lex A son inducidos (figura 13.19). Esto puede incluir varios genes con codificación de caja SOS para reparar enzimas. Esto facilita una mayor capacidad para reparar el daño del ADN.


Los virus monocatenarios muestran tasas de mutación más altas que los virus bicatenarios

Los virus de ADN de cadena sencilla tienden a mutar más rápido que los virus de ADN de cadena doble, aunque esta diferencia se basa en el trabajo con bacteriófagos, ya que no se han obtenido estimaciones de la tasa de mutación para los virus de ADN de cadena sencilla eucariotas [1]. Dentro de los virus de ARN, no hay diferencias obvias en la tasa de mutación entre las clases de Baltimore (Fig. & # X000a0 2 a). Los mecanismos subyacentes a estas diferencias no se comprenden bien. Una posible explicación de las diferencias entre los virus monocatenarios y bicatenarios es que los ácidos nucleicos monocatenarios son más propensos a la desaminación oxidativa y a otros tipos de daño químico. Los niveles elevados de especies reactivas de oxígeno (ROS) y otros metabolitos celulares durante las infecciones virales pueden inducir mutaciones en la célula huésped y en el virus. Por ejemplo, es probable que el etanol tenga sinergia con el estrés oxidativo inducido por virus para aumentar la tasa de mutación del VHC [21]. Las diferencias entre los virus de ADN monocatenario y bicatenario también pueden explicarse en términos de su acceso a la reparación posreplicativa. Trabajar con bacteriófagos & # x003d5X174 ha proporcionado pistas interesantes sobre este tema. En las enterobacterias, la reparación de errores de emparejamiento dirigida por metilo (MMR) se realiza mediante proteínas MutHLS y Dam metilasa. La metilación de los motivos de la secuencia GATC se utiliza para diferenciar la plantilla y las hebras de ADN hijas y, por lo tanto, es necesaria para realizar la corrección del desajuste [22]. MutS reconoce los desajustes, que interactúa con MutL y conduce a la activación de la endonucleasa MutH, que escinde la hebra hija. Sin embargo, el genoma del bacteriófago & # x003d5X174 no tiene motivos de secuencia GATC, incluso si se esperan aproximadamente 20 de tales sitios por casualidad. Como resultado, el ADN de & # x003d5X174 no puede someterse a MMR. Esto contribuye a explicar la tasa de mutación relativamente alta de este virus, que cae en el orden de 10 & # x022126 & # x000a0s / n / c, un valor tres órdenes de magnitud por encima del de Escherichia coli y el más alto entre los virus de ADN [23]. La evitación de los motivos GATC puede ser una consecuencia de la selección que actúa sobre la tasa de mutación, pero también de otros factores selectivos. Por ejemplo, la metilación ineficaz del ADN del fago puede volverlo susceptible a la escisión por MutH, lo que impone una presión de selección contra los motivos de la secuencia GATC [24].

A diferencia del bacteriófago & # x003d5X174, el vínculo entre la reparación posreplicativa y la tasa de mutación aún no está claro en los virus eucariotas. Numerosos estudios han demostrado que los virus interactúan con las vías de respuesta al daño del ADN (DDR) alterando la localización o promoviendo la degradación de los componentes DDR [25, 26]. Por ejemplo, la proteína adenoviral E4orf6 promueve la degradación proteasomal de TOPBP1, un componente DDR [27]. La activación de DDR puede ocurrir como consecuencia indirecta del estrés celular debido a la infección per se o como parte de una respuesta antiviral, que a su vez sería contrarrestada por virus. Aunque los virus de ADN tienden a promover la inestabilidad genómica en la célula huésped, queda por demostrar si la desregulación de DDR puede determinar las tasas de mutación del virus de ADN.


Abstracto

Las especies reactivas de oxígeno son una amenaza constante para el ADN, ya que modifican las bases con el riesgo de alterar la función del genoma, induciendo inestabilidad y mutación del genoma. Dichos riesgos se deben al daño oxidativo primario del ADN y también están mediados por el proceso de reparación. Esto conduce a un delicado proceso de decisión para la célula sobre si reparar una base dañada en una ubicación genómica específica o mejor dejarla sin reparar. El daño persistente del ADN puede alterar la función del genoma, pero por otro lado también puede contribuir a la regulación genética al servir como marca epigenética. Cuando tales procesos están desequilibrados, las condiciones fisiopatológicas podrían acelerarse, porque el daño oxidativo del ADN y los procesos mutagénicos resultantes están estrechamente relacionados con el envejecimiento, la inflamación y el desarrollo de múltiples enfermedades relacionadas con la edad, como el cáncer y los trastornos neurodegenerativos.

Los avances tecnológicos recientes y las nuevas estrategias de análisis de datos han revelado que el daño oxidativo del ADN, su reparación y las mutaciones relacionadas se distribuyen de forma heterogénea en el genoma en múltiples niveles de resolución. Los mecanismos involucrados actúan en el contexto de la secuencia del genoma, en interacción con la función del genoma y la cromatina.

Esta revisión aborda lo que sabemos actualmente sobre la distribución del genoma del daño oxidativo del ADN, los intermedios de reparación y las mutaciones. Se centrará específicamente en las diversas metodologías para medir la distribución del daño oxidativo del ADN y discutirá las conclusiones mecánicas derivadas de los diferentes enfoques. También abordará las consecuencias del daño oxidativo del ADN, específicamente cómo da lugar a mutaciones, inestabilidad del genoma y cómo puede actuar como una marca epigenética.


Inmunidad y detección de ácidos nucleicos - Parte B

Abstracto

La reparación del ADN es un proceso celular crítico necesario para el mantenimiento de la integridad genómica. Ahora se aprecia bien que las células emplean varias vías de reparación del ADN para hacerse cargo de distintos tipos de daños en el ADN. También es bien conocido que una cascada de señales, a saber, la respuesta al daño del ADN o DDR, se activa en respuesta al daño del ADN que comprende respuestas celulares, como la detención del ciclo celular, la reparación del ADN y la muerte celular, si el daño es irreparable. También hay literatura emergente que sugiere una interrelación entre la señalización del daño del ADN y varias redes de señalización dentro de una célula. Además, los propios actores de la muerte celular también son bien conocidos por participar en procesos fuera de su función canónica de apoptosis. Este capítulo intenta establecer un vínculo entre el daño del ADN, el DDR y la señalización a partir de los estudios realizados principalmente en mamíferos y Drosophila sistemas modelo, con especial énfasis en su relevancia en la homeostasis y el desarrollo de tejidos en general.


7.S: Mutación y reparación del ADN (Resumen) - Biología

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Mecanismo de reparación de desajustes de ADN

Tanto el sistema de reparación de desajustes procariotas como eucariotas sigue la misma ruta para recuperar el ADN desacoplado:

Reconocimiento de discrepancias

  • En MMR procariota: El MutS El complejo de proteínas detecta la lesión del ADN y se combina con un ATP molécula, y se activa.
  • En MMR eucariota: El MSH El complejo de proteínas reconoce las bases no emparejadas en una hebra de ADN y se activa mediante una molécula de ATP.

Reclutamiento de proteínas relacionadas

  • En MMR procariota: el complejo ATP-MutS activado recluta MutL (actúa como una proteína transportadora). Entonces, el complejo MutS y MutL activa el MutH complejo. MutS, MutL y MutH forman el complejo ternario, que carga el ADN helicasa-II o Enzima UvrD en el sitio de la lesión de ADN.
  • En MMR eucariota: el complejo ATP-MSH activado recluta PCNA y polimerasa-δ. Entonces, se produce un cambio de conformación dependiente de ATP en la pinza móvil. Los cambios conformacionales reclutan la unión del MutLa complejo. El PCNA (antígenos nucleares de células proliferantes) activa la MutLa complejo y crea una mella en una hebra hija.

Escisión y reemplazo

  • En MMR procariota: Exonucleasa-I es activado por la proteína MutSa, que elimina las bases mal emparejadas. Entonces, la proteína RDA desplaza la base no emparejada. MutSa y MutLa terminan la actividad exonucleasa-I.
  • En MMR eucariota: El MutLa El complejo promueve la digestión de las bases mal emparejadas por la actividad exonucleasa-I con la asociación de RPA (Proteína A de replicación de reconocimiento).

Relleno de huecos

  • En MMR procariota: El ADN polimerasa III, a través de su actividad 5'-3 ', forma nuevas bases. Proteínas de unión monocatenarias (SSB) también se unen a la nueva hebra de ADN y evitan que el nuevo ADN se convierta en una doble hebra. Finalmente, ADN ligasa llena los huecos en la cadena de ADN.
  • En MMR eucariota: El RFC La enzima (factor de replicación C) juega un papel importante en la síntesis de nuevas bases de ADN. La enzima del factor de replicación C se adhiere al sitio del cebador 3 'y activa la actividad de la ADN polimerasa para formar nuevas bases. Proteínas de unión monocatenarias (SSB) evita que el nuevo ADN se convierta en bicatenario. Finalmente, ADN ligasa llena el espacio en la hebra de ADN.

Tipos de reparación de desajustes de ADN

La reparación de desajustes generalmente es de dos tipos, a saber:


Reparación de desajustes procarióticos

Consta de cuatro componentes esenciales:

  1. MutS: Es el complejo proteico más crucial cuya función es reconocer las bases no emparejadas en el ADN. El complejo de proteínas MutS es la primera enzima que inicia el proceso de MMR al reconocer las secuencias no específicas en el ADN. Consiste en dos sitios específicos que son estéricamente distante el uno del otro, ya que ambos pueden afectar la función del otro.
    • Sitio de unión al ADN: Ayuda a asociar el complejo de proteínas MutS al sitio de la lesión del ADN.
    • ATPasa o Sitio de dimerización: Trae cambios conformacionales en la proteína MutS.
  2. MutL: Actúa como un "intermedioproteína”Complejo, que une la proteína MutS y la enzima endonucleasa. Por tanto, se asocia con la dos actividades (reconocimiento y escisión de bases no emparejadas). En primer lugar, MutL se une con MutS activado y finalmente activa la enzima endonucleasa, es decir. MutH. MutL realiza otra función al contratar y cargando enzima helicasaUvrD) en el sitio del ADN no coincidente.
  3. MutH: Pertenece a la tipo II familia de endonucleasas de restricción. MutH crea una muesca en el hemimetilado Sitio GATC. MutS, MutL y una molécula de ATP desencadenan la actividad MutH-endonucleasa. La proteína MutH también consta de un C-terminal que funciona como un sitio de unión molecular donde las otras dos enzimas (MutS y MutL) se comunican y estimulan la actividad MutH.
  4. UvrD: Se refiere a la "ADN helicasa II"Complejo enzimático, que funciona para relajarse el sitio de la lesión del ADN. MutL ayuda a cargar la proteína UvrD en el sitio no coincidente y estimula la actividad helicasa intrínseca de una enzima UvrD. Las proteínas SSB y UvrD ingresan al ADN ss a través de una muesca creada por el complejo MutH.
  5. Exonucleasas específicas de ADN: Las enzimas exonucleasas como Exo-I, Exo-X y exonucleasa 5'-3 'funcionan excisión del ADN recién formado entre la mella y el desajuste.

Reparación de desajustes eucariotas

Consta de los siguientes componentes:

  1. Proteína MSH: Muestra homología con el MutS enzima de MMR procariota. En levaduras y mamíferos, se encuentran complejos proteicos de MSH2 a MSH6. La enzima MSH es una heterodímero complejo proteico, que consta de dos dominios:
    • MutSa: Contiene dos tipos de subunidades, a saber, MSH2 y MSH6. MSH2 aporta el 80-90% del nivel celular. MSH6 reconoce las bases no coincidentes, en particular las anomalías base-base y también los bucles de inserción / deleción.
    • MutSb: Contiene dos tipos de subunidades, a saber, MSH2 y MSH3. Principalmente repara los errores de pares de inserción / eliminación.
  2. Proteína MLH: Se parece a un MutL enzima de MMR procariota. La proteína MLH consta de cuatro proteínas altamente conservadas (MLH1, MLH3, PMS1 y PMS2) en levaduras y mamíferos. También actúa como heterodímero complejo proteico y consta de tres subunidades:
    • MutLa: Consta de dos subunidades MLH1, PMS2. MutLa se coordina con el complejo Mut-S para reparar el daño.
    • MutLb: Consta de dos subunidades, MLH1, PMS 1. No se conocen las funciones MutLb. : Consta de dos subunidades MLH1, MLH3. MutLg repara un daño de bucle de inserción o eliminación.
  3. Proteínas accesorias: Incluye enzimas como PCNA (antígenos nucleares de células proliferantes), proteína de replicación de reconocimiento A (RPA), factor de replicación C (RPC), exonucleasa de unión I, etc.

Rol funcional

La reparación de los desajustes del ADN implica un mecanismo simple de escisión de bases con desajuste junto con 3.000 pares de bases. Además de la escisión de bases no coincidentes, también realiza algunas otras funciones, según un estudio reciente.

Las proteínas MMR reparan la reparación posterior a la replicación del ADN no emparejado. Otras funciones como la promoción del cruce meiótico, la respuesta al daño del ADN y la diversificación de inmunoglobulinas. Supresión de la recombinación homóloga por actividad antirrecombinacional entre secuencias divergentes.


Ver el vídeo: MUTACIONES Y REPARACIONES DEL ADN (Noviembre 2022).