Arquivo 01

Estrutura de Tópicos do Módulo de Cancerologia
Módulo/especialidade: CLÍNICA CIRÚRGICA II / ONCOLOGIA
Professor: Marcos Venício Alves Lima
AULAS DE BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR – PARTES I E II
Biologia Celular e Molecular do Câncer
Câncer: Câncer é uma doença caracterizada pela multiplicação e propagação
descontroladas no corpo de formas anormais das próprias células
AO GENOMA: o genoma de um organismo é toda a informação hereditária
do organismo que está codificada no seu DNA (ou, em alguns vírus, no RNA). Isto
inclui tanto os genes como as seqüências não-codificadoras (conhecidas como DNAlixo, ou junk DNA). O termo foi criado, em 1920, por Hans Winkler, professor de
Botânica na Universidade de Hamburgo. É o conjunto formado por apenas um
cromossomo de cada tipo, na espécie estudada. No ser humano o genoma é constituído
de 23 cromossomos diferentes.
Depois de propor o modelo da estrutura tridimensional do DNA e sabendo que
esta era a molécula da hereditariedade da célula, Francis Crick e James Watson
propuseram que a seqüência de nucleotídeos da molécula provavelmente funcionava
como um código, capaz de direcionar a síntese de proteínas.
Crick propôs o “Dogma Central”, em que a informação genética "fluía" do DNA
para a proteína através de uma molécula carreadora, o ácido ribonucléico – RNA
(molécula fita simples, formada por nucleotídeos que contém em um esqueleto de
açúcar-fosfato, ribose ao invés de desoxirribose e uracila no lugar da timina). A
informação contida no DNA seria primeiro traduzida em RNA e depois transcrita em
proteínas.
1. Estrutura do DNA
DNA é formado por um arranjo linear de unidades semelhantes que se repetem,
chamadas nucleotídeos, e se compõem de açúcar, fosfato e uma base nitrogenada.
2. Bases Nitrogenadas: ADENINA, TIMINA, GUANINA, CITOSINA.
Purinas (2 anéis) – Adenina e Guanina
Pirimidinas (1 anel) – Timina (Uracila no RNA) e Citosina
Complementariedade entre as bases:
Adenina estabelece duas ligações de hidrogênio com Timina
Citosina estabelece três ligações de hidrogênio com Guanina
3. Seqüência nucleotídea: A ordem particular em que as bases se alinham ao longo
da cadeia de açúcar e fosfato é chamada a seqüência nucleotídica do DNA.
4. Ligações (pontes) nitrogenadas: O que estabiliza a estrutura em hélice?
- ligações covalentes que formam cada fita
- interações hidrofóbicas entre as bases
- ligações de hidrogênio entre as bases
- Forças de Van der Walls devido ao empilhamento das bases
- Interação de cátions com esqueleto açúcar fosfato
A instrução para que as células fabriquem uma proteína específica é dada
por um segmento da cadeia de DNA contendo uma seqüência específica de bases.
Gene é um segmento de DNA que contém a mensagem completa para a síntese de
uma proteína.
BA SÍNTESE PROTÉICA: Processo pelo qual uma molécula de RNA é
sintetizada a partir da informação contida na seqüência de nucleotídeos de uma
molécula de DNA fita dupla. A transcrição representa a diversidade e a complexidade
da expressão dos genes contidos em um determinado genoma. Enquanto a síntese de
DNA deve ser precisa e uniforme, a transcrição reflete o estado fisiológico da célula e,
portanto, é extremamente variável para atender às suas necessidades.
Apenas uma das fitas do DNA é utilizada como molde, portanto, a molécula de
RNA sintetizada é complementar à fita de DNA que lhe deu origem e idêntica à outra
fita de DNA, sendo as timinas substituídas por uracilas.
1. Códons e Aminoácidos: O grupo de Gobind Khorana e Marshall Nirenberg
finalmente decifrou o código genético. Eles descobriram como a linguagem dos
nucleotídeos do RNAm era traduzida na linguagem de aminoácidos das
proteínas. Os dados obtidos por Crick e outros cientistas mostraram que um
grupo de três nucleotídeos formavam um códon. Isso, teoricamente, fazia
sentido, pois um códon feito de um ou dois nucleotídeos não poderia produzir
combinações suficientes para codificar todos os 20 aminoácidos conhecidos
(ex.: 1 nucleotídeo = 4 códons possíveis; 2 nucleotídeos = 4 x 4 códons
possíveis; 3 nucleotídeos = 4 x 4 x 4 códons possíveis.). Mas um códon feito de
três nucleotídeos produz 64 combinações. Isso produziria um código redundante,
ou degenerado, onde muitos códons diferentes especificariam o mesmo
aminoácido. Pelo princípio da parsimônia – na qual a solução mais simples
geralmente é a correta – excluiu a hipótese do códon formado por quatro
nucleotídeos Em 1961, Heinrich Matthaei e Nirenberg começaram os
experimentos para testar a hipótese do códon triplo. Foi usado um extrato de
uma célula qualquer de E.coli, pois eles acreditavam que esse extrato poderia
conter todos os componentes necessários para traduzir RNAm em proteínas. O
extrato foi tratado com DNase para destruir qualquer resto de DNA da E.coli –
com isso não haveria o molde a partir do qual o RNAm seria produzido.
Assim, o DNA é tanscrito numa molécula de RNAm complementar que,
no citoplasma, se associa ao ribossomo. O código do RNAm é então traduzido
numa cadeia polipeptídica, fenômeno denominado translação. O códon AUG
inicia a tradução. Um RNAt ativado carrega o primeiro aminoácido - metionina
– para o ribossomo. O anticódon do RNAt liga-se ao códon AUG no RNAm.
Como os dois RNAs são mantidos em posição, uma ligação peptídica é formada
entre os aminoácidos. O segundo RNAt recebe a cadeia de proteína em
crescimento e a metionina do primeiro RNAt é cedida. O processo vai se
repetindo até um códon de parada aparecer na "mensagem" e a tradução é
interrompida. Os códons de parada não têm RNAt correspondente. O ribossomo
se desassocia para ser reutilizado na tradução de outro RNAm.
2. Abreviaturas dos aminoácidos:
Phe = fenilalanina
Leu = leucina
Ile = isoleucina
Met = metionina
Val = valina
Ser = serina
Pro = prolina
Thr = treonina
Ala = alanina
Tyr = tirosina
His = histidina
Gln = glutamina
Asn = aspargina
Lys = lisina
Asp = ácido aspártico
Glu = ácido glutâmico
Cys = cisteína
Trp = triptofano
Arg = arginina
Gly = glicina
3. Enzimas nucleares
a- Endonuclease: São enzimas que clivam as ligações entre cadeias dos ácidos
nucléicos.. Elas podem ser específicas ou híbridas:
RNA endonuclease
DNA endonuclease
Mistas
Restritivas: Trata-se de uma classe especial de endonuclease que
reconhecem uma seqüência específica e curta do DNA e cliva o DNA nela ou próximo
dela. Essas enzimas são isoladas de bactérias.
b- Polimerases: São enzimas que sintetisam ácidos nucléicos.
RNA polimerase sintetase
DNA polimerase sintetase
Transcriptase reversa: é uma polimerase especial que tem a propriedade
de usar o RNA como modelo para gerar uma em forma de DNA. O seu papel é
fundamental na compreensão da SIDA e na clonagem de DNA a partir de RNAm.
C-
TRANSDUÇÃO DE SINAIS
1. O que é transdução de sinais?
Em biologia, transdução de sinal refere-se a qualquer processo através do qual uma
célula converte um tipo de sinal (físico ou químico) ou estímulo em outro. A maioria
dos processos de transdução de sinal envolvem sequências ordenadas de reacções
bioquímicas dentro da célula, que são levadas a cabo por enzimas activadas por
mensageiros secundários, resultando numa via de transdução de sinal. Tais processos
são usualmente rápidos, levando cerca de milisegundos a realizarem-se, no caso do
fluxo de íons, ou minutos para a activação de cascatas de quinases mediadas por
proteínas e lípidos, mas podem durar horas, e mesmo dias, a completar. O número de
proteínas e outras moléculas participantes nos eventos envolvendo transdução de sinal
aumenta à medida que o processo emana do estímulo inicial, resultando numa cascata
de sinal, começando com um relativo pequeno estímulo que desenvolve uma grande
resposta. Isto é referido como amplificação de sinal.
2. Características dos sistemas de transdução de sinais: especificidade e
seletividade e amplificação do Sinal
3. Mensageiros secundários: Moléculas intracelulares sinalizadoras cuja
concentração aumenta ou diminui em resposta a associação de um ligante a um
receptor na superfície da célula. Exemplos: cAMP (AMP cíclico), cGMP (GMP
cíclico), Cálcio (Ca2+), IP3 (Inositol trisfosfato), NO (óxido nítrico).
4. Receptores que possuem atividade enzimática intrinsica
Tirosina quinases: receptores de PDGF, insulina, EGF, FGF
Tirosina fosfatases: receptor CD45
Serina/treonina quinases: receptor de TGF-beta
Guanilato ciclases: receptores de peptídeos natriuréticos
5. Transcrição protéica e fatores de crescimento
Os componentes mais importantes das vias de sinalização nas células em
proliferação consistem nas tirosinas quinases receptoras ou quinase ligada a receptores
ou quinases ativadas por mitógenos.
D - PROLIFERAÇÃO CELULAR: A proliferação celular está envolvida em
numerosos processos fisiológicos e patológicos, incluindo crescimento, cicatrização,
reparo, hipertrofia hiperplasia e desenvolvimento de tumores. É necessária a
angiogênese durante a ocorrência de vários desses processos.
a-
Ciclo Celular.
Chama-se ciclo celular ao conjunto de processos que se passam numa célula
viva entre duas divisões celulares. O ciclo celular consiste na interfase e na fase
mitótica, que inclui a mitose e a divisão celular (citocinese).
interfase corresponde ao período entre o final de uma divisão celular e o início da
segunda. Geralmente a célula encontra-se nesta fase maior parte da sua vida. Durante
esta fase o DNA não é visível ao Microscópio óptico. A Interfase divide-se em 3 fases:
 Fase G1
o Nesta fase sintetizam-se muitas proteínas, enzimas e RNA, verifica-se
também a formação de organitos celulares e, consequentemente, a célula
cresce.
 Fase S
o É nesta fase que ocorre a auto-replicação das moléculas de DNA (diz-se
no plural porque para cada cromossomo existe uma molécula de DNA)
o A partir deste momento os cromossomos passam a possuir dois
cromatídeos ligados por um centrómero.
 Fase G2
o Neste período dá-se a sintese de moléculas necessárias à divisão celular
(como os centríolos).
Fase mitótica
Como já foi dito a fase mitótica divide-se em duas fases: a Mitose (ou cariocinese) e a
Citocinese.
Mitose
Nesta fase ocorre a divisão nuclear (nas células eucarióticas). É um processo contínuo,
no entanto distinguem-se 4 fases:
 Prófase
o É a etapa mais longa da mitose;
o Os filamentos de cromatina enrolam-se, tornando-se cada vez mais
curtos, possibilitando assim o seu visionamento no Microscópio óptico;
o Os dois pares de centríolos afastam-se em sentidos opostos, entre eles
forma-se o fuso acromático (sistema de microtúbulos proteícos que se
agrupam e formam fibrilas);
o Quando os centríolos alcançam os pólos da célula o Invólucro nuclear
quebra e os nucléolos desaparecem.
 Metáfase
o Os cromossomas atingem a máxima condensação;
o O fuso acromático completa o desenvolvimento e algumas fibrilas ligamse aos centrómeros (as outras ligam os dois centríolos);
o Os cromossomas encontram-se alinhados no plano equatorial (plano
equidistante dos dois pólos da células) constituindo a Placa equatorial.
 Anáfase
o As fibrilas encurtam-se e começam a afastar-se;
o Dá-se a clivagem dos centrômeros. Os cromatídios que antes pertenciam
ao mesmo cromossoma, agora separados, constituem dois cromossomas
independentes.
 Telófase
o A membrana nuclear forma-se à volta dos cromossomas de cada pólo da
célula, passando a existir assim dois núcleos com informação genética
igual;
o Os núcléolos aparecem;
o O fuso mitótico dissolve-se;
o Os cromossomas descondensam e tornam-se menos visíveis;
Citocinese
Corresponde à divisão celular e, consequentemente, à individualização das duas célulasfilhas; A citocinese difere conforme a célula for animal ou vegetal.
Na célula animal a citocinese consiste no estrangulamento do citoplasma. No fim da
mitose formam-se, na zona do plano equatorial, um anel contráctil de filamentos
proteicos que, na citocinese, contraem-se e puxam a membrana plasmática para dentro
até que as duas células-filhas se separam.
Na célula vegetal a parede celular não permite o estragulamento do citoplasma; em vez
disso é formada na região equatorial uma nova parede celular. Para isso vesículas
provenientes do complexo de Golgi alinham-se no plano equatorial e formam uma
estrutura que é a membrana plasmática das células filhas. Mais tarde, por deposição de
fibrilas de celulose forma-se nessa região a parede celular .
As duas fases mais importantes do ciclo celular são a S e M. A passagem por cada uma
delas é rigorosamente regulada, assim, dois pontos de controle (pontos de restrição ou
check point). A duração de G1 varia e é o que determina a duração do ciclo celular.
bReguladores do Ciclo Celular
•Positivos
Ciclinas
Quinases-ciclinas dependentes (cdks)
•Negativos
Proteína p53
Proteína Rb
Inibidores das cdk
•
Kinase inhibitor protein (KIP): p21, p27 e p57
Inhibitors of kinase (InK):p16, p19 e p15
O gene p53 codifica a proteína p53. Em condições normais a p53 encontra-se
baixa. Quando ocorre lesão do DNA a p53 acumula-se e ativa a transcrição de vários
genes um dos quais codifica a proteína p21. A p21 inativa complexos de ciclina/cdk,
impedindo a fosforilação e a ativação da proteína Rb com conseqüente interrupção no
ponto de controle. Se o reparo for eficiente o ciclo prossegue. Caso contrário inicia-se a
apoptose.
c-
Controle Molecular da Mitose
Os principais componentes do sistema de controle que determina a progressão de
uma célula através do ciclo consistem em duas famílias: ciclinas e ciclina-quinase
dependente (cdks). A cdk é ativada pela ciclina e adquire a capacidade de fosforilar um
substrato (ex: enzima) e após o processo a ciclina é degradada. Existem 8 tipos de
ciclina e as mais importantes são as A,B,D e E.
A mitose inicia a partir da permissão dos checkpoints G2/M que culminam na
ativação do complexo promotor da mitose (MPF): um conjunto de ciclinas que, quando
ativadas, regula (através de fosforilação) diversas proteínas citoplasmáticas
responsáveis pelo desencadeamento dos eventos mitóticos.
As ciclinas do MPF também controlam o complexo APC (“anaphase-promoting
complex”), o principal componente ubiquitina-dependente da maquinaria celular. A
ubiquitina é uma proteína encontrada nas células eucariotas, constituída por 76
aminoácidos, que desempenha uma função importante na regulação de proteínas. Ela
marca proteínas indesejadas (por exemplo proteínas mal-dobradas) para que sejam
degradadas por organelas chamadas proteassomas.
Embora relativamente recentes, estudos mostram que a degradação pelo sistema
ubiquitina-proteassoma parece afetar praticamente todos os processos celulares. A
sinalização por ubiquitina e suas cadeias tem um papel não proteolítico no transporte
pela membrana, na estrutura e transcrição da cromatina, na reparação de DNA e
diversas outras vias sinalizadoras.
O complexo APC regula as proteínas inibidoras do início da anáfase. O APC ativado
promove a degradação das proteínas inibidoras da anáfase e a ubiquitinação de outros
substratos. A destruição das ciclinas mitóticas permite a progressão do ciclo celular, em
direção ao final da mitose.
Características da Fase G0
–Baixa concentração de ciclina D
–Proteína Rb hipofosforilada: A proteína Rb hipofosforilada mantém o ciclo celular no
ponto de controle ao inibir a expressão de várias proteínas essenciais para a progressão
do ciclo. A proteína Rb desempenha sua função através da ligação aos fatores de
transcrição E2F, que controla a expressão dos genes que codificam as ciclinas E e A, a
DNA polimerase, a timidina quinase, a diidrofolato redutase, todas essenciais na fase S.
Controle Molecular da Mitose
Ponto de checagem de fuso mitótico: É um complexo de proteínas citoplasmáticas
necessárias para garantir a correta segregação cromossômica durante divisão celular.
Atuam como um “controle de qualidade” do ciclo celular (descrito pela primeira vez em
1991); As principais proteínas envolvidas no ponto de checagem são:
- MAD2 (= “mitotic arrest deficient”), codificada pelo gene de mesmo nome localizado
no cromossomo 4q27²;
- BUB1 (=“budding uninhibited by benzimidazole”) codificada pelo gene de mesmo
nome localizado no cromossomo
2q12-143.
O ponto de checagem do fuso detecta a presença de até um único microtúbulo que não
esteja ligado ao cinetócoro correspondente e atrasa a progressão do processo de divisão
celular até que esse cinetócoro capture o microtúbulo do pólo oposto do fuso.
E-
MORTE CELULAR
Telomerase é uma enzima descoberta por Elizabeth Helen Blackburn e Carol
Greider, que tem como função adicionar sequências específicas e repetitivas de DNA à
extremidade 3' dos cromossomas, onde se encontra o telômero. Esta enzima é uma
transcriptase reversa, tendo na sua estrutura um modelo em RNA que utiliza para
sintetizar o DNA telomérico, em eucariotas.
Funções da telomerase:
–Protege o DNA da perda dos genes finais
–Degradação
–Rearranjo
–Fusão
–A cada ciclo há perda de uma porção telomérica
–A telomerase estabiliza os telômeros
–Expressa em células proliferantes: As células germinativas, as células-tronco e as
células proliferantes do TGI, medula óssea e 95% dos tumores avançados expressam
essa enzima. Nesse último caso foi sugerido que essa enzima confere imortalidade a
essas células.
Apoptose:
A apoptose refere-se à ativação de um mecanismo autodestrutivo interno, com
uma seqüência de eventos bioquímicos geneticamente programada. Diariamente remove
10 bilhões de células do corpo adulto. Os principais fatores atuantes são as caspases
(efetuam proteólise seletiva)
aVias de apoptose
•Via mitocondrial (mediada pela caspase 9)
Fatores internos
Lesão DNA (p53)
Ausência de fatores de sobrevivência
•Via dos receptores da morte (mediada pela caspase 8)
TNF
bFatores de sobrevivência
–Citocinas
–Hormônios
–Fatores de contato intercelular
FMUTAÇÕES
Definição: Uma mutação é uma modificação casual ou induzida na informação
genética. A mutação só é passada para os descendentes de organismos complexos se
ocorrer em gâmetas.
Tipos de mutações
1. Pontual: ocorre substituição de um único nucleotídeo, alterando apenas um
códon particular. As mutações onde a troca não altera o aminoácido codificado
são chamadas de neutra (CGU e CGA ambos codificam arginina). Se houver
mudança é chamada de mutação com troca de sentido ou missense. Existem as
mutações sem sentido (nonsense), isto é, quando a troca nucleotídea resulta em
um códon finalizador (UAA, UAG e UGA) não sendo produzida a cadeia
polipeptídica completa.
Tipos de mutações potuais:
–Neutras
–Com troca de sentido (missense)
–Sem sentido (nonsense)
2. Cromossômica: A mutação cromossômica é o processo de mudança que resulta
em partes rearranjadas do cromossomo, números anormais de cromossomos
individuais, ou números anormais de conjuntos cromossômicos. Como na
mutação gênica, o termo mutação cromossômica é aplicado tanto ao processo
quanto ao produto, de modo que os novos arranjos genômicos podem ser
chamados de mutações cromossômicas. Às vezes uma mutação cromossômica
pode ser detectada por exame ao microscópio. Às vezes por análise genética, e
às vezes por ambos. Em contraste, as mutações gênicas nunca são detectáveis
microscopicamente no cromossomo. Um cromossomo portador de uma mutação
gênica apresenta-se microscopicamente idêntico ao que tem o alelo selvagem.
As aberrações cromossômicas podem ser:
a. Numéricas: envolvem alterações no número cromossômico. Estas podem ser
subclassificadas em euploidias e aneuploidias.
Euploidias - um indivíduo ou célula diplóide normal tem dois genomas (2n). Euplóides
são células ou organismos nos quais o número de genomas (n) ocorre em múltiplos
inteiros (n, 3n, 4n, 5n, etc.).
Aneuploidias - neste tipo de modificação, o número de cromossomos do genoma fica
alterado, formando complementos somáticos que são múltiplos irregulares do genoma
característico da espécie. Assim, o indivíduo tem cromossomos a mais ou a menos em
um dos pares, mas não em todos.
b. Estruturais: afetam a estrutura dos cromossomos, ou seja, o número ou o arranjo dos
genes nos cromossomos. Podem ser subclassificadas em:
Deleção - é a perda de uma porção maior ou menor do cromossomo, resultando na falta
de um ou mais genes.
Duplicação - é o produto da presença de uma porção extra de cromossomo, resultando
na repetição de um ou mais genes.
Inversão - ocorre quando, num determinado segmento de cromossomo, houver duas
fraturas, seguidas da subseqüente soldadura do fragmento mediano, agora, porém,
colocado em posição invertida.
Translocação - ocorre quando os fragmentos de um cromossomo são transferidos para
outro cromossomo não homólogo.
Inserção – trata-se da introdução de um segmento extraído de um cromossômico em
outro cromossomo do qual originariamente não fazia parte.
Características das células cancerosas
–Proliferação descontrolada
–Desdiferenciação
–Invasibilidade
–Metastatização
Interações celulares no reconhecimento antigênico
O reconhecimento antigênico depende de receptores para antígeno (TCR)
presentes na membrana dos linfócitos, que interagem com os antígenos na superfície das
células-alvo. As células apresentadoras de antígenos constituem uma população
especializada no processamento e apresentação de antígenos, que uma vez
interiorizados, são expressos na membrana, em conjunto com moléculas classe II do
complexo de histocompatibilidade maior (MHC). Os linfócitos capazes de reconhecer
esta configuração (Ag + MHC classe II) pertencem à classe de linfócitos auxiliares
(helper), e caracterizam-se pela presença da molécula CD4 em sua membrana. Uma vez
efetuado o reconhecimento do antígeno, esta classe de linfócitos CD4+ ativa-se,
prolifera e secreta uma série de citocinas que são capazes de ativar outras populações
celulares. Os linfócitos T citotóxicos (CD8) são capazes de reconhecer antígenos
expressos nas células tumorais em conjunto com moléculas da classe I do MHC, mas,
para tornarem-se ativados e exercerem citotoxicidade, necessitam de citocinas
produzidas pelos linfócitos auxiliares (CD4). Para isto, é necessário que os antígenos
tumorais sejam processados por células apresentadoras de antígenos e apresentados em
conjunto com moléculas da classe II do MHC.
GCLASSIFICAÇÃO DOS GENES
Classes de genes associadas ao desenvolvimento do câncer
1. Oncogenes
2. Genes supressores
3. Genes de reparo do DNA
1. Oncogenes
Protooncogene: Os protooncogenes codificam proteínas que são
importantes para a regulação do crescimento e proliferação celular em condições
normais. Por exemplo, o protooncogene c-sis codifica para o fator de crescimento
PDGF. Células que contêm c-sis ou então v-sis (c para celular e v para viral) mutado
(denominado oncogene ativado) produzem altos níveis de PDGF, que se liga aos
receptores de PDGF na superfície das células resultando numa constante estimulação
para proliferação celular.
Oncogene ativado: Da mesma maneira, o protooncogene ras codifica
proteínas que ligam GTP, ou proteínas G. Durante a transdução de sinal, a proteína G
liga GTP e é ativada, sendo desativada pela clivagem de GTP a GDP, resultando no
término do sinal estimulatório. Formas mutadas de proteínas codificadas pelo
protooncogene ras são capazes de ligar GTP com eficiência, mas incapazes de quebrar
essa molécula. Portanto, células contendo essa proteína mutada estão constantemente
recebendo sinais estimulatórios, resultando numa proliferação descontrolada.
Mecanismos de ativação:
Incorporação ao genoma viral
Mutações
Protooncogene
Tumor
abI
leucemia mielóide crônica
erbB-1
carcinoma de célula escamosa; astrocitoma
erbB-2 (Neu)
adenocarcinoma de mama, ovário e estômago
2. Genes supressores: Além dos proto-oncogenes, outro tipo de gene está
envolvido no aparecimento e desenvolvimento de certos tipos de câncer. Esses
genes, chamados de genes supressores de tumor, ou antioncogenes, atuam de
maneira diferente dos oncogenes. As proteínas codificadas pelos genes
supressores de tumor estão envolvidas na repressão do crescimento e divisão
celular. Portanto, perda ou mutação nos antioncogenes pode levar ao
crescimento descontrolado devido à remoção dos mecanismos que regulariam a
divisão de maneira inibitória.
Gene supressor de tumor
Tumor
RB1
retinoblastoma; osteosarcoma; carcinoma de mama e
pulmão
p53
astrocitoma; carcinoma de mama, cólon, pulmão e
tireóide; osteosarcoma
WT1
tumor de Wilms
DCC
carcinoma de cólon
NF1
neurofibroma tipo 1
FAP
carcinoma de cólon
MEN-1
tumores de paratireóide, pâncreas, hipófise e córtex
adrenal
3. Genes de reparo do DNA
MECANISMOS DE REPARO
Eduardo Montagner Dias
Apesar de mutações genéticas serem de extrema importância para a evolução de
uma espécie, a sobrevivência do indivíduo depende da estabilidade do seu genoma.
A estabilidade resulta não só de um acurado mecanismo de replicação, mas também
de mecanismos que reparem os danos que ocorrem continuadamente no DNA.
Entende-se por reparo a capacidade da maquinaria celular de corrigir os erros
causados por mutações. Muitos danos sofridos pelo DNA podem ser reparados
porque a informação genética é preservada em ambas as fitas da dupla-hélice, de tal
forma que a informação perdida em uma fita pode ser recuperada a partir da fita
complementar. Os mecanismos existentes e conhecidos de reparação do DNA
lesado são provavelmente universais e uma célula pode ter vários sistemas capazes
de atuar ao mesmo tempo no DNA lesado. Como os sistemas de reparação são mais
bem compreendidos e estudados na Escherichia coli, muitos mecanismos discutidos
farão referência a esta bactéria.
Reparo por fotorreativação enzimática
Um dos mecanismos de reparo melhor estudados é a remoção dos dímeros de
pirimidina, formados pela exposição do DNA à luz ultravioleta. Este dímero não se
encaixa bem na estrutura de dupla-hélice e, assim, a replicação e a expressão gênica
são bloqueadas até que a lesão seja removida. Esse tipo de lesão pode ser reparado
de diferentes formas. A forma mais direta envolve enzimas que simplesmente
revertem a modificação química que originou o dano. Dímeros de pirimidina são o
alvo universal da enzima fotoliase, que se liga ao dímero e catalisa uma segunda
reação fotoquímica, desfazendo o anel formado pela luz UV e refazendo as bases
pirimídicas individuais. Esse processo é chamado fotorreativação e envolve as
seguintes etapas: inicialmente, a enzima reconhece e liga-se ao dímero (mesmo na
ausência de luz visível); depois, a absorção de luz fornece energia para converter o
dímero em monômero de pirimidina; por fim, a enzima dissocia-se do DNA. A
reação depende do gene que codifica a fotoliase e ocorre especificamente em
procariotos.
Reparo de bases alquiladas
A base nitrogenada primariamente afetada pelos agentes alquilantes é a guanina. Na
E. coli, esta lesão é removida pela enzima O6-metilguaninametiltransferase, que
reconhece a alteração no DNA e remove o grupamento metila causador da mutação.
A mesma enzima também pode remover grupamentos metila dos fosfatos que
possivelmente interrompem a cadeia de DNA. Uma característica importante dessa
reação é que cada grupamento metila removido consome uma enzima O6metilguanina-metiltransferase, a qual não pode ser recuperada para nova utilização.
Reparo por excisão de bases
Ocorre quando a remoção da base defeituosa é feita pela clivagem da ligação base
nitrogenada – desoxirribose, seguida pelo preenchimento da região com a base
correta por ação da DNA-polimerase. Um exemplo comum de reparo por excisão de
base é o que acontece na correção da desaminação da citosina à uracila. O sistema
de reparação reconhece a uracila como uma base estranha ao DNA. Primeiramente,
a uracila-DNA-glicosilase hidrolisa a ligação entre a uracila e a molécula de
desoxirribose. Nesse estágio, a cadeia de DNA está intacta, mas a base é perdida. A
enzima AP endonuclease reconhece, então, essa fenda e cliva a cadeia em regiões
adjacentes à base perdida. A DNA-polimerase insere novamente uma citosina, de
acordo com a orientação fornecida pela fita complementar não-danificada, que
contém uma guanina. Finalmente, a integridade da fita corrigida é restaurada pela
DNA-ligase. Existem outras glicosilases que reconhecem e removem hipoxantina,
3-metil-adenina e purinas com anel imidazol aberto por radiação ionizante ou pH
elevado.
Reparo por excisão de nucleotídeos (REN)
Ocorre quando a remoção da base defeituosa é feita pela incisão endonucleolítica
nos dois lados da lesão, com liberação dos nucleotídeos, seguida pelo
preenchimento da região por ação da DNA-polimerase. Em todos os organismos
onde já foi estudado, o processo de REN consiste em cinco etapas:
1. Reconhecimento da lesão por um complexo multienzimático;
2. Incisão da fita anormal em ambos os lados da lesão a alguma distância desta;
3. Excisão do segmento contendo a lesão;
4. Síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como
molde, por ação da DNA-polimerase;
5. Ligação/restauração da molécula de DNA por ação da enzima DNA-ligase.
A extensão média do fragmento de DNA removido é de 12 nucleotídeos, razão pela
qual esse modelo é chamado de reparação de regiões curtas. Em caso de grandes
quantidades de lesões, em que a substituição envolve de 1500 a 9000 nucleotídeos, o
modelo é conhecido como reparação de regiões longas. A diferença entre esses dois
modelos de reparação é que o primeiro é uma função constitutiva da célula,
enquanto o segundo deve ser induzido por lesões no DNA – pelo menos no que diz
respeito à célula bacteriana.
Reparo de bases malpareadas
Algumas bases incorretamente pareadas conseguem escapar da revisão realizada
pela DNA-polimerase durante o processo de replicação. Por isso, na E. coli, a etapa
final que confere precisão ao processo de replicação é de responsabilidade do
sistema de correção de erro, que consiste em várias proteínas codificadas pelos
genes mut. Esse sistema percorre o DNA recentemente sintetizado à procura de
pares de base malpareadas e remove os segmentos de fita simples contendo
nucleotídeos incorretos. Isso permite que a DNA-polimerase insira a base correta na
lacuna formada. A dificuldade que surge, aparentemente, é a de distinguir qual das
bases de um par erroneamente formado é a incorreta, porque ambas são
componentes naturais do DNA. Se a remoção de uma das bases fosse ao acaso,
haveria a probabilidade de 50% de a base correta ser removida e a mutação poderia
ser perpetuada, ao invés de ser corrigida. Existe, porém, um sinal específico que
direciona o sistema de excisão do erro exclusivamente para a fita recém-sintetizada:
o reconhecimento de seqüências GATC próximas ao erro. GATC metiladas indicam
a fita parental, enquanto que ausência de metilação nestas seqüências caracteriza a
fita recém-sintetizada. O sistema de correção detecta não somente pares únicos de
bases malpareadas, mas também adições e deleções, o que reduz a incidência de
mutações por modificação no módulo de leitura, além daquelas envolvendo
substituição de bases.
Reparo por recombinação
No processo de reparação por recombinação, a fita complementar não danificada é
utilizada como molde na substituição do fragmento lesado. Algumas vezes, porém,
esse molde não está disponível, por motivos diversos. A DNApolimerase, então, é
forçada a passar pela lesão sem replicar aquela região. Uma lacuna com um tamanho
considerável é deixada na fita recém-sintetizada. Toda a informação do sítio
danificado é perdida e somente pode ser recuperada pela utilização de outra
molécula idêntica de DNA.
Como as células de organismos superiores são geralmente diplóides, elas possuem a
mesma seqüência, ou praticamente a mesma, em cada um dos cromossomos
homólogos. Uma fonte apropriada de DNA, portanto, pode ser encontrada na célula.
Assim, como esquematizado na figura abaixo, após uma mutação, a fita 1 do
homólogo A (1A) não está disponível; a fita 2 do homólogo A (2A) possui uma
lacuna. As fitas 1 e 2 do homólogo A’ (1A’ e 2A’, respectivamente) estão íntegras.
No reparo por recombinação, a fita 1A’ é permutada pela fita 2A, de modo que 1A’
sirva de molde para reconstrução de 1A; e 2A’ sirva de molde para 2A. Na E. coli, é
de fundamental importância a proteína RecA, pois só ela é capaz de parear duas
moléculas de DNA homólogas e catalisar as reações de trocas de fitas, permitindo
reparação e recuperação de lesões.
Reparo através do sistema SOS
Uma vez que a célula pode regular a expressão gênica de acordo com sua
necessidade, muitas enzimas envolvidas no reparo do DNA são induzidas pelo
próprio defeito da molécula de DNA. As enzimas mais importantes desse processo
são derivadas dos genes SOS, cuja expressão é induzida por um defeito severo o
bastante a ponto de impedir a síntese de DNA. Estes genes dão origem a proteínas
de reparo como, por exemplo, endonucleases de excisão, helicases, entre outras. Os
dímeros de pirimidinas constituem um exemplo típico desse tipo de dano. Quando a
forquilha de replicação encontra um dímero, a síntese pára e só é reiniciada a
alguma distância além do dímero, ficando uma lacuna no DNA na qual a enzima de
recombinação RecA se liga. Essa ligação ativa em RecA uma atividade enzimática
completamente independente da recombinação: ela destrói o repressor dos genes
SOS (repressor LexA). Dessa maneira, a proteína RecA promove reparação do
material genético de duas formas: por recombinação, com troca das fitas, e por
indução dos genes SOS.