Mecanismos de reparo do DNA DNA repair mechanism

Mecanismos de reparo de DNA
Raphael Bessa Parmigiani, PhD
Centro de Oncologia Molecular
Instituto Sírio-Libanes de Ensino e Pesquisa
Curso de Introdução à Biologia Molecular
Goiânia, Maio 2014
RESUMO
Introdução: causas de dano ao DNA
Tipos de lesão
Vias de reparo
BRCA1 e BRCA2
Processos potencialmente mutagênicos
O DNA está susceptível a alterações devido a
diferentes fatores:
1
Replicação errônea da sequência do DNA
2
Alterações químicas dos nucleotídeos
induzidas por agentes endógenos.
3
Agentes exógenos mutagênicos
Como a integridade do genoma é mantida?
Existem diferentes mecanismos pelos quais alterações na molécula
do DNA, de diferentes tipos, são reconhecidas e reparadas por
enzimas específicas.
Para cada tipo de alteração existe um mecanismo específico para
repará-la.
Processos potencialmente mutagênicos
Replicação da sequência do DNA
- Durante a fase S do ciclo celular, nucleotídeos são
inadvertidamente incorporado no DNA pelas DNAs
polimerases
Mecanismo de verificação (Proofreading)
Mismatch repair (MMR)
Alterações químicas espontâneas dos
nucleotídeos
3)
Agentes mutagênicos
A atividade proof-reading
Processos potencialmente mutagênicos
Replicação da sequência do DNA
- Durante a fase S do ciclo celular, nucleotídeos são
inadvertidamente incorporado no DNA pelas DNAs
polimerases
Mecanismo de verificação (Proofreading)
Mismatch repair (MMR)
Alterações químicas espontâneas dos
nucleotídeos
3)
Agentes mutagênicos
Mismatch repair (MMR)
Reparo de pareamentos errados

Processo para corrigir erros gerados na replicação do DNA e que
escaparam da revisão “Proofreading”

Complexo de enzimas: MutS, MutH and MutL (E. coli):

Erros de inserção, deleção e incorporação errônea são
removidos e reparados.
Mismatch repair (MMR)
Lehninger, Principles of Biochemistry
3rd Edition
Mismatch repair (MMR)
• Células eucarióticas:
- Possui proteínas similares as MutS e MutL
- Mecanismo ainda é desconhecido
-
Alteração nos genes:
MLH1 (human Mut-L-Homologon-1)
MSH2 (Mut-S-Homologon-2)
MSH6 (Mut-S-Homologon-6)
→ são responsáveis pelo câncer colorretal hereditário não polipóide
(HNPCC) (Síndrome de Lynch)
MSI
Processos potencialmente mutagênicos:
2)
Alterações químicas espontâneas dos
nucleotídeos
Mesmo na ausência de agentes exógenos, alteram a sequência de
bases do DNA
Exemplos:
Adição de radicais metil (alquilação): alteram o nucleotídeo
Espécies reativas de oxigênio (ROS) geradas nas mitocôndrias → citosol
3)
Agentes mutagênicos
Processos potencialmente mutagênicos:
2)
Alterações químicas espontâneas dos
nucleotídeos
Mesmo na ausência de agentes exógenos, alteram a sequência de
bases do DNA
Exemplos:
Adição de radicais metil (alquilação): alteram o nucleotídeo
Espécies reativas de oxigênio (ROS) geradas nas mitocôndrias → citosol
Quebras na fita simples ou dupla do DNA
Clivam bases da desoxirribose
3)
Agentes mutagênicos
Reparo direto do nucletídeo alterado
Metilação do gene MGMT em glioblastomas =
perda da expressão do gene
Marcador preditivo de resposta a agentes
alquilantes (temozolomide - TMZ).
Processos potencialmente mutagênicos:
2) Alterações químicas espontâneas dos
nucleotídeos
Mesmo na ausência de agentes exógenos, alteram a sequência de
bases do DNA
Exemplos:
Adição de radicais metil (alquilação): alteram o nucleotídeo
Espécies reativas de oxigênio (ROS) geradas nas mitocôndrias → citosol
Quebras na fita simples ou dupla do DNA
Clivam bases da desoxirribose
3)
Agentes exógenos: LUV
Reparo por Excisão de Bases (BER)
Remover nucleotídeos alterados e que não causaram alterações
estruturais na dupla hélice do DNA
The Biology Of Cancer (2007)
Robert A. Weinberg
Reparo por Excisão de Nucleotídeo (NER)
Repara alterações de
nucleotídeos que alteram a
estrutura da dupla fita do
DNA.
Normalmente gerados por
agentes exógenos (ex. Luz UV,
carcinógenos químicos)
Exemplo: dímero de pirimidina
The Biology Of Cancer (2007)
Robert A. Weinberg
Agentes mutagênicos exógenos :
1)


2)
3)
Replicação da sequência do DNA
DNA polimerase proofreading
Missmatch repair
Alterações químicas espontâneas dos nucleotídeos
Mesmo na ausência de agentes mutagênicos, alteram a sequência de bases do DNA
Agentes mutagênicos:
- Agentes químicos exógenos: agentes alquilantes
- Agentes físicos (raios-X e raios UV)
Carninógenos exógenos

Raio-X (“radiação ionizante“): elétrons escapam da molécula de H2O
formam espécies reativas de oxigênio – causam quebra na fita simples ou
fita dupla do DNA

Radiação ultravioleta: promove a ligação covalente entre duas pirimidinas
adjacentes no DNA = pode levar à quebra da dupla fita.
C → C
T → T
C → T
Reparo de quebra de fita simples e
dupla fita
Reparo de fita simples:
Mecanismo por excisão de bases (BER)
Reparo de fita dupla:
Reparo por junção de extremidades não homólogas
Reparo direcionado por homologia
Reparo de
fita dupla:
Reparo por
junção de
extremidades
não homólogas
Reparo de
fita dupla:
Reparo
direcionado por
homologia
BRCA1 e BRCA2 interagem com
proteínas envolvidas em:
Reparo de quebras de fita dupla de
DNA (Double-strand breaks - DSB) :
The Biology Of Cancer (2007) Robert A. Weinberg
Carcinogenesis vol.31 no.6 pp.961–967, 2010
BRCA1 e BRCA2
Síndrome de câncer de mama e ovário.
Maioria dos tumores BRCAmut são triplo negativos.
Células com mutação nestes genes seriam mais susceptíveis
a quebras de dupla fita de DNA = acúmulo de alterações =
desenvolvimento precoce de tumores.
Por outro lado: excesso de alterações pode ser inviável para a
sobrevivência celular.
Possibilidade de tratamento?
Reparo de quebra de fita simples e
dupla fita
Reparo de fita simples:
Mecanismo por excisão de bases (BER)
PARP
poly-ADP ribose polymerase (PARP
Base excision repair
homologous
recombination
Malini Guha. Nature Biotechnology 29,373–374(2011)
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