Mecanismos de reparación del DNA

Principales mecanismos de reparación del DNA

Existen dos grupos de genes, los que señalizan el daño en el DNA y los que reparan el daño. Las mutaciones en estos genes dan lugar a síndromes hereditarios como el cáncer de colon hereditario sin poliposis o la Ataxia telangiectasia. Las respuestas celulares al daño en el DNA se pueden resumir en la siguiente tabla:

RESPUESTA MECANISMO
Reversión del daño
  • Fotorreactivación enzimática.
  • Reparación de alquilaciones.
  • Ligamiento de roturas de las hélices.
Escisión del daño
  • Reparación por escisión de bases (BER).
  • Reparación por escisión de nucleótidos (NER).
  • Reparación del falso apareamiento.
Tolerancia del daño
  • Bypass replicativo del daño con la formación de un hueco y posterior recombinación.
  • Síntesis translesiva de DNA.

Fotorreactivación enzimática

La exposición a la luz UV da lugar a la formación de dímeros de timina (T) en el DNA. Para reparar este daño existen enzimas como la fotoliasa, posee dos sitios activos (antena y centro catalítico). Su mecanismo de acción se basa en la transferencia de un electrón al dímero de T. Existen tres grupos de fotoliasas: clase I, II y fotoliasas 6-4 (reconocen dímeros de pirimidina 6-4).

Reparación de alquilaciones

Las bacterias poseen un mecanismo a través del cual se vuelven resistentes a agentes alquilantes. Esta adaptación es posible gracias a la proteína Ada, es una metiltransferasa. En condiciones normales, existen niveles basales de proteínas implicadas en reparación del DNA (ada, alkA, alkB y aidB). En presencia de agentes alquilantes en baja concentración, se produce metilación pero a bajo nivel. La proteína Ada metilada actúa como factor de transcripción, activando la expresión de los genes anteriores.

Reparación por escisión de bases (BER)

Las bases alteradas son reconocidas de forma específica por glicosilasas y eliminadas, generando un sitio AP. El hueco se rellena mediante una DNA polimerasa que toma como molde la hebra sana. Este sistema surge no solo por la exposición a agentes externos, también por la propia actividad de la célula.

Reparación por escisión de nucleótidos (NER)

La zona dañada es reconocida por UvrA y B, después A y B se separan y entra UvrC que forma con B un complejo con actividad endonucleasa. Esta enzima corta el dímero de T y el hueco es rellenado por una DNA polimerasa. También existe el sistema TC-NER (sistema de reparación de nucleótidos acoplado a transcripción). La alteración de estos mecanismos da lugar a enfermedades como: Xeroderma pigmentosum, Tricotiodistrofia o Síndrome de Cockayne.

Reparación del falso apareamiento

Se da un falso apareamiento que es reparado por el siguiente mecanismo: MUTS y L se unen a la región dañada. Posteriormente MUTH corta la hélice dañada, reconocida por metilaciones específicas introducidas por la proteína dam. En Eucariotas existen homólogos a los genes que codifican para estas proteínas; excepto para MUTH. Además el proceso es mucho más complejo.

Tolerancia al daño

Existe una polimerasa especial que puede llevar a cabo la síntesis translesiva, puede polimerizar sin necesidad de molde. Depende de los genes: LexA, umuDC, RecA y uvrA. En condiciones normales LexA inhibe la expresión de estos genes. Cuando hay daño en el DNA la proteína RecA se activa y bloquea la acción de LexA. Además RecA actúa sobre umuD, dando lugar a umuD´ que forma, junto con umuC, la polimerasa translesiva. Este método impide que la célula muera, pero introduce un elevado número de mutaciones.

Proteína PARP

La exposición de las células eucarióticas a agentes mutágenos da lugar a roturas en el DNA. Entonces se produce una reacción de estrés y se activa la proteína PARP (Poli (ADP-ribosa) polimerasa). Esta proteína se une a las roturas de las hebras y se sintetizan polímeros de vida corta. Se caracteriza por ser transitoria, preceder a la reparación del DNA y a la inducción de p53. En levaduras no hay PARP. Los polímeros son degradaos por la proteína glucohidrolasa.

La proteína PARP está en los núcleos, en alto número de copias y distribuida por todo el genoma. En humanos existen dos genes: PARP1 y PARP2. PARP1 presenta tres dominios: de unión al DNA, de automodificación y de función polimerasa. Las funciones de PARP son:

– Reclutamiento de los factores de reparación del DNA.

– Señalización del daño.

– Relajación de la estructura de la cromatina.

Existen inhibidores de PARP como los análogos estructurales de nicotinamida.

Estudios funcionales:

– Sobreexpresión de DBD (dominio de unión al DNA) en fibroblastos.

El dominio DBD actúa como represor al unirse al DNA dañado, ya que se establece una competencia con las proteínas PARP funcionales. No hay polímeros ni reparación del DNA. Se da hipersensibilidad a agentes alquilantes y radiaciones ionizantes; además de inestabilidad genómica.

– Sistemas acelulares.

Se usaron extractos de células humanas a los que se añadió un plásmido tratado con radiación ?. Mediante estos estudios se vio que la reparación es dependiente de NAD, en presencia de PARP. En ausencia de PARP es independiente.

– Ratones knockout PARP.

Son ratones transgénicos, sin proteína PARP (PARP -/-). Se observó que en estos ratones hay mayor número de intercambios entre cromátidas hermanas, por lo tanto, presentan mayor inestabilidad genómica.

– Desarrollo de linfocitos.

Los linfocitos presentan receptores antigénicos, formados por recombinación VDJ. Este proceso permite obtener gran diversidad de receptores. Se han conseguido ratones SCID (deprimidos inmunológicamente) y PARP-/- . En este caso, hay cierto grado de recombinación y se forman algunos receptores VDJ.

– Relación de PARP con NO (óxido nítrico) y muerte celular.

El NO a dosis elevadas es tóxico, se relaciona con isquemia cerebral y daño en el DNA. Entonces se induce la actividad de PARP. Se hicieron experimentos a partir de extractos de núcleos de cerebro de rata. Se introduce DNA incubado con NO e inhibidores de PARP, y se evalúa la muerte celular. Se observó que la ausencia de actividad de PARP favorece la viabilidad celular. Esto es debido a que si el DNA está machacado PARP se asocia a distintos puntos, el NAD se agota y la célula muere por necrosis.

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