Enfermedades genéticas que afectan a la

REPARACIÓN DEL DNA
BQ31. Dr González Castaño
El DNA está siendo continuamente dañado (radicales libres de oxígeno, luz
ultravioleta, agentes químicos tóxicos...)
Afortunadamente nuestras células tienen mecanismos de reparación que evitan
los problemas; ocurre así en toda la escala filogenética (la levadura por ejemplo tiene
50 sistemas distintos implicados en la reparación del DNA)
Si la reparación conlleva la recuperación del DNA la reparación habrá sido
efectiva; si no, pueden ocurrir dos cosas: que la célula muera o que se transforme en
célula tumoral. Por lo tanto la reparación del DNA está íntimamente ligada al ciclo
celular.
ALTERACIONES EN EL DNA
1.- Deaminación y depurinación espontáneas (CAUSA + FREQ): perdemos 10.000 purinas
y varios cientos de pirimidinas al día.
2.- formación de dímeros de timina por la acción de la luz UV
3.- errores de replicación e incorporación de uracilos en lugar de timidina
4.- oxidación de bases
5.- alquilación de bases (metilación)
También hay alteraciones que rompen la estructura del DNA (los enlaces fosfodiester):
 De una cadena: fácil reparación: DNA ligasas.
 De las 2 cadenas: Rads ionizantes y algunos fcos antitumorales: reparación por
recombinación homóloga, utilizando el otro cromosoma, pero si se rompen los dos
cromosomas es imposible repararlo. Muchas veces es letal.
 Alteración de bases: por sobrecruzamiento de ambas cadenas. (Unión covalente de
cadenas por lo que no pueden separarse –normalmente están unidas por puentes de
hidrógeno (ph): necesita reparación por recombinación. Es un daño oxidativo q suele ser
muy extenso y conduce a la muerte celular.
El DNA sufre alteraciones a consecuencia de:
1.- Agentes químicos y físicos: externos e internos por radicales libres y agentes
alquilantes (actúan en todas las fases):
BER: reparación por escisión de bases. Es bastante bueno y sencillo, pero
su problema es que va por bases; si la base no está dañada no repara.
NER: reparación por escisión de nucleótidos. (más importante). Es un
sistema altamente conservado (tanto en secuencia como en función ) desde
las bacterias hasta los humanos. Es un sistema complejo.
2.- Errores durante la replicación: estos errores se pueden:
- Eliminar por reparación postreplicativa: MMR (reparación del mal
apareamiento de bases). Fase S
- Reparación por recombinación.
DAÑOS POR RADIACIONES IONIZANTES
1.- DEAMINACIÓN Y DEPURINACION
- Se trata de un proceso fisiológico
- Se pierden A y G
- También grupos NH2 de C ( C pasa a U )
- Se crean por tanto sitios apurínicos / apirimidínicos
- La reparación la lleva a cabo el sistema BER ( Base
Excision Repair o repación por excisión de bases )
SISTEMA BER
Trabaja sobre bases dañadas creando sitios apurínicos/apiridímicos.
Está formado por las siguientes enzimas:
1.- DNA glicosilasa: rompe el enlace glicosídico (ribosa-base) y libera la base
dañada, dejando un sitio sin base
2.- AP endonucleasa: (AP significa apurínica/apirimidínica) rompe el enlace
fosfodiester del sitio apurínico o apirimidínico resultante de la acción de la glicosilasa:
corta en sitios AP/AP.
3.- Sistema de replicación
Es un sistema universal, útil para corregir pequeños defectos de una base.
No puede corregir daños por UV porque no reconoce el enlace covalente de los dímeros
de timina como bases extrañas: sistema NER.
-
-
DAÑOS POR LUZ UV
La luz UV incide sobre el DNA y provoca que se forme
un ciclo butano entre dos T que estén próximas, y así
quedan unidas por un enlace.
La reparación la lleva a cabo el sistema NER (Nucleotide
Excision Repair): corta el enlace fosfodiéster.
También puede reparar otros daños de DNA a parte de la
T-T
Está presente en bacterias, levaduras y humanos.
SISTEMA NER
Primero debe buscar mediante proteínas específicas las alteraciones de la doble hélice
del DNA: Scan DNA. Luego mediante una exicinucleasa (q es endonucleasa) corta la
hebra dañada “lejos” 3’ y 5’ respecto al daño (aprox 25 nucleótidos). Por último entra el
sistema de reparación y restaura a partir de la cadena contraria (sistema de replicación).
E.COLI
HUMANO
Scan de DNA:
UvrA
Excinucleasa:
UvrB y UvrC
Desensamblaje:
UvrD
XPA
XPF/ERCC1
XPF/XPG
RCF
Sistema de replicación
-
-
-
UvrA: tanto esta como las de humano son proteínas que scanean el DNA para
detectar alteraciones. Para acordarse del nombre: fácil, en E.Coli son ABCD y
delante llevan las siglas recombinante ( de Ecoli ) sensible a luz UV. De hecho el
sistema se llama NER o UvrABCD.
XPA: ella es la que reconoce y XPF/ERCC1 le sirve de ayuda. XP viene, no por
Microsoft, sino por la enfermedad prototipo que origina su déficit: Xeroderma
Pigmetoso.
UvrD y RCF desamblan la excinucleasa para que entre el sistema de replicación.
El objetivo es formar un complejo que encuentre el defecto y corte por delante de donde
se encuentra.
3.- ERRORES DE REPLICACIÓN
Son corregidos por el sistema MMR (miss match repair ): corrige errores de
apareamiento.
SISTEMA MMR
1.- Scanning de metilación de bases: lo realizan:
Mut S : E.Coli
hMSH2- MSH6 : humano
hMSH2-MSH3: humano
Estas enzimas detectan errores de la cadena sintetizada de novo: comprueban si
la complementariedad de bases es correcta, pero no es Dios: sólo detecta bases
metiladas y sólo el DNA molde está metilado, el recién sintetizado no; por tanto sigue
al molde y si detecta alguna alteración para.
Para recordar el nombre de las humanas: h de humano, MS de Mut S como
Ecoli y H de homólogo (homólogo humano de MutS).
2.- Sistema endonucleasa: (así, el sistema Mut fija y señala el lugar del fallo)
Mut L
Mut H (endonucleasa): corta
ECOLI
MLH1 – PMS2
MED 1 (endonucleasa)
HUMANO
Los déficits genéticos en la maquinaria de reparación del DNA pueden conducir a una
mayor susceptibilidad al cáncer, genética o familiar. En algunos cánceres se produce un
fallo en la reparación postreplicación que lleva a cabo el sistema MMR, sobre todo en el
de colon: cáncer de colon hereditario no poliposo (HNPCC), sd Lynch II.
IMPORTANTE!!!! Recordad que el DNA mitocondrial también se daña; es más
susceptible que el nuclear (formación de radicales libres de oxígeno en su interior).
Además el daño aumenta exponencialmente con la edad. Algunas de las enfermedades
que tienen mayor incidencia en el adulto, tienen un componente de daño en el DNA
mitocondrial.
TRASTORNOS ASOCIADOS AL DÉFICIT DEL SISTEMA DE REPARACIÓN
(SISTEMA NER)
1.- XERODERMA PIGMENTOSO (XP)
- Cuadro caracterizado por la presencia de fotosensibilidad, aparición de cánceres de
piel...
- Se produce una mutación en todos los factores XP (que son proteínas esenciales
para la reparación del DNA como ya hemos visto) del sistema NER.
2.- SINDROME DE COCKAYNE (CS)
- En la clínica aparece enanismo, senilidad precoz, sordera, hipersensibilidad a la luz
UV...
-
-
Se produce por una mutación en CSA, CSB y XPG. Los dos primeros tienen que ver
con la puesta en marcha de la reparación, que es la transcripción. Nuestras células
generalmente no están replicando DNA contin uamente, pero sí transcribiendo;
¿quién mejor que la RNApolimerasa para detecar alteraciones? Por lo tanto si la
RNA poli encuentra cualquier alteración llamará al sistema NER a través de estas
dos proteínas, CSA y CSB. Se conecta así la transcripción con la reparación: NER
tiene 2 familias, la reparadora y la que se da cuenta.
Dentro del NER algunas proteínas son componentes del THF2 que es un factor de
transcripción general.
3.- TRICOTIODISTROFIA (TTD)
- Retraso físico y mental, deficiencia de azufre, pelo y uñas quebradizas, tumores de
piel...
- Se produce por una mutación en XPD, que es una proteína implicada en el reconocimiento
del sitio de la lesión. A parte de este problema de reparación existe un problema de transcripción, ya
que afecta a un factor de transcripción llamado TS ( termosensible ). A temperatura normal no ocurre
nada pero cuando aumenta la temperatura ( fiebre ) ocurren cosas desastrosas: se cae el pelo, las
uñas...
TRANSTORNOS ASOCIADOS A DÉFICIT DE HELICASAS Y LIGASAS:
Son enfermedades en las que no existe la DNA helicasa, que es la encargada de abrir la
cadena de DNA para que actúen los distintos sistemas de reparación.
1.- SINDROME DE BLOOM
- Raro, judíos Ashkenazi
- Enanismo, eritema telangiectasia, fotosensibilidad cutánea, aumento en la incidencia
de determinados cánceres ( carcinomas, leucemias, linfomas)
- Falta la DNA ligasa I y la DNA helicasa Q BLM: ( BLM: Bloom) se producen
múltiples alteraciones cromosómicas a consecuencia de ello ( reordenamiento, alteración de la
transcripción...) a nivel somático.
2.- SINDROME DE WERNER
- Raro, japoneses.
- Envejecimiento prematuro (aterosclerosis, diabetes tipo 2, osteoporosis, cataratas...)
Predisposición al cáncer muy aumentada para cualquier tipo de tumor excepto para
los carcinomas !!!!!! ( diagnóstico diferencial del Werner vs Bloom )
-
Se produce por el déficit de la DNA helicasa Q WRN: ( WRN: Werner ) la maquinaria de
transcripción necesita que alguien vaya desenroscando; a consecuencia de este déficit se producen
múltiples alteraciones cromosómicas
TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL DE DAÑO
La reparación del DNA requiere:
1.- DNA dañado en una zona
2.- Sensor: detecta el daño
3.- Transductor: monta la maquinaria de amplificación de señal del daño. Son
protein kinasas
4.- efector: ejecuta el stop del ciclo celular
5.- llegada del sistema de reparación
6.- reparación del daño: la célula continúa con su ciclo normal
ATAXIA – TELANGIECTASIA
- Ataxia, telangiectasia, disfunción del sistema inmune, tumores linforeticulares
- Alteraciones cromosómicas ( traslocaciones)
-
Hipersensibilidad a radiaciones gamma y a drogas radiomimetizantes
Se produce por la alteración en la ATM (ataxia-telang mutada), una
proteinkinasa que está en la ruta de señalización del daño del DNA (
transductor ) para la parada del ciclo celular: Falla el sensor, no el sistema de
reparación.
FALLOS EN LA REPARACIÓN DE ROTURAS DE DOBLE CADENA
(DSB)
Se hace por recombinación homóloga siempre. Este sistema de reparación es menos
conocido.
Existen dos enfermedades relacionadas con su fallo:
1.- ANEMIA DE FANCONI
- Pancitopenia progresiva, baja estatura, déficit óseo, hiper-hipo pigmentación de la
piel, hipersensibilidad al oxígeno...
- Hipersensibilidad a agentes entrecruzadores (cross-linking) (usados en el
tratamiento contra el cáncer: sustancias que anclan las dos cadenas de DNA con
enlaces covalentes; no se puede abrir, luego no se replica) que se usan en el
tratamiento de leucemias y tumores cutáneos.
- Se produce la alteración en el sistema de reparación por recombinación homóloga.
Varios genes implicados (FANCABC…): FANCA, FANCC, FANCD2, FANCE, FANCGF,
FANCCG y el BRCA1, este último interactúa con FANC2.
2.- CANCER DE MAMA Y OVARIO
- BRCA1 y BRCA2 están implicados con el cáncer de mama y ovario.
- Inicio precoz
- El sistema de reparación por recombinación homóloga BRCA2 se asocia con
Rad51, que hace el montaje. BRCA1 se encarga del mecanismo sensor.
MECANISMO DE ACTIVACIÓN DE ATM/ATR:
CONCLUSIÓN: FALLOS EN LA REPARACIÓN Y PREDISPOSICIÓN A
CÁNCER
Tanto fallos en la señalización como en la reparación puden dar lugar a cáncer pues las
mutaciones en estos puntos predisponen a la malignidad celular.