Patologías asociadas a defectos en la reparación del DNA

05/04/2013
Patologías asociadas a defectos
en la reparación del DNA
Xeroderma pigmentosa (XP)
Ataxia-telangiectasia (A-T)
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Defectos en los mecanismos de reparación del DNA se
traducen en una gran probabilidad de desarrollar ciertos
tipos de cáncer.
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Xeroderma Pigmentosa: ETIOLOGÍA E
INCIDENCIA
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XP es un desorden autosómico recesivo de la reparación
del DNA, genéticamente heterogéneo, que se caracteriza
por una gran sensibilidad a los rayos UV.
En E.U. y Europa la prevalencia es de 1 en 1 millón,
mientras que en Japón es de 1 en 100,000.
REPARACIÓN DE DÍMEROS DE TIMINA
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El tipo más común de daño al DNA
originado por luz UV lo constituye la
formación de dímeros de timina.
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La mayoría de los microorganismos
tienen vías redundantes para la
reparación
de
estos
dímeros:
reparación por escisión de nucleótidos
(NER) o de bases y fotoliasas.
Los mamíferos tienen a NER como
única vía de reparación.
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La reparación por escisión de nucleótidos (NER)
involucra al menos 30 proteínas en humanos.
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En genes que están siendo transcritos, el DNA
dañado bloquea a la Polimerasa II. Esta polimerasa
inicia la reparación (reparación acoplada a la
transcripción).
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En el resto del genoma o en cadenas no transcritas el
complejo de reparación por escisión de nucleótidos
identifica el DNA dañado al detectar distorsiones en
la hélice (reparación global del genoma).
REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE NUCLEOTIDOS EN
EUCARIONTES
ƒ TFIIH (XPB + XPD) actividad
de helicasa.
ƒ XPA y RPA mantienen abierta
la doble hélice de DNA.
ƒ XPA guía a las endonucleasas
para realizar el corte del DNA.
ƒ Endonucleasa XPG corta el
DNA en 3’.
ƒ El complejo ERCC1-XPF corta
el DNA en 5’.
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Sin embargo, los mamíferos tienen una vía que les permite
polimerizar la cadena nueva de DNA durante la
replicación aún en la presencia de dímeros de pirimidinas
= Polimerasa susceptible a errores.
DNA Polimerasa η
Incorpora
dos
adeninas frente a un
dímero de timina.
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Cuando falla la DNA polimerasa η, se detiene la
replicación y se utilizan otras polimerasas menos fieles
para polimerizar a través de la lesión.
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En células normales el sistema NER trabaja en conjunto
con la DNA polimerasa η reparando o polimerizando a
través de dímeros de pirimidinas para mantener la
replicación y el crecimiento celular.
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PATOGÉNESIS
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XP es originada por mutaciones en genes que codifican
cualquiera de al menos 7 diferentes componentes del
sistema NER, dando lugar a siete diferentes grupos
genéticos denominados XPA-XPG.
Grupo
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Gen
Proceso afectado
XPA
XPA
Reconocimiento de DNA dañado
XPB
ERCC3
Desenrrollamiento de DNA
XPC
XPC
Reconocimiento de DNA dañado
XPD
ERCC2
Desenrrollamiento de DNA
XPE
DDB2
Reconocimiento de DNA dañado
XPF
ERCC4
Endonucleasa
XPG
ERCC5
Endonucleasa
XPV
POLH
Síntesis trans-lesión.
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XP también es originada por una mutación en el gen XPV
el cual codifica para la polimerasa susceptible a errores:
pol-η. La XP-V se caracteriza por una tasa de mutación
más alta.
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La célula utiliza otras polimerasas de menor fidelidad y
por lo tanto más mutagénicas.
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Debido a la reducida o nula capacidad de reparación en
pacientes con XP, esto resulta en la acumulación de gran
cantidad de mutaciones oncogénicas.
Pacientes con XP desarrollan fácilmente cáncer de piel
debido a la exposición a rayos UV.
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FENOTIPO E HISTORIA NATURAL
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Los pacientes con XP desarrollan los
síntomas entre el primero y segundo año de
edad.
Síntomas iniciales incluyen bronceado muy
fácil, fotosensibilidad, pecas y fotofobia.
El
daño
cutáneo
continuo
origina
envejecimiento prematuro de la piel,
queratosas pre-malignas y neoplasmas
benignos y malignos.
45% de los pacientes desarrollan carcinomas y
5% desarrollan melanomas.
Además, la mayoría de los pacientes
presentan anomalías oculares y algunos
presentan degeneración neural progresiva.
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La neurodegeneración puede deberse a la inhabilidad de
reparar DNA dañado por radicales libres de oxígeno
generados endógenamente en neuronas.
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Ya que el sistema de reparación por escisión de nucleótidos
también corrige DNA dañado por carcinógenos químicos, los
pacientes con XP tienen de 10 a 20 veces más incidencia de
neoplasmas internos como tumores cerebrales, leucemia,
tumores pulmonares y carcinomas gástricos.
Las principales causas de muerte son carcinoma de piel y
melanoma metastático.
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DESCUBRIMIENTO DE LOS GRUPOS DE
COMPLEMENTACIÓN DE XP
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Fusión de células de cultivo derivadas de pacientes con
XP condujo al descubrimiento de 8 grupos de
complementación.
Sensible a UV
XPA-
XPAFusión
Sensible a UV
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Sensible a UV
XPA-
XPFFusión
Resistente a UV
Aquellas combinaciones que no complementan los
defectos en la reparación del DNA se asignaron al
mismo grupo de complementación debido a que
sugieren que ambas células parentales contienen la
mutación en el mismo gen.
XPA
XPB
XPC
XPD
XPE
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Combinaciones de células que complementan los
defectos en la reparación del DNA indican que las
células parentales presentan dos mutaciones
diferentes por lo que se asignaron a 2 grupos de
complementación distintos.
XPF
XPG
XPV
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ATAXIA
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Dentro de los daños al DNA los cortes de doble cadena (DSBs)
pueden originar rearreglos cromosómicos, senescencia, tumores y
muerte celular.
La reparación de este daño es dependiente de cinasas como ATM
(Ataxia-Telangiectasia Mutated) y ATR.
Éstas fosforilan proteínas
(700 aprox.) que:
` Transducen señales de
daño al DNA
` Inician la reparación
` Inducen la apoptosis
` Regulan ciclo celular
EL COMPLEJO MRN
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Uno de los blancos de ATM es el complejo MRN el cual está
implicado en:
` Replicación y Reparación del DNA por Recombinación
Homóloga y por Unión de Extremos no Homólogos (NHEJ)
` Mantenimiento de telómeros
` Control de ciclo celular
` Y está formado por las proteínas
MRE11, RAD50 y NBS1.
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LA PROTEÍNA ATM
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Dominio catalítico en C-terminal.
Es citosólica y nuclear.
Se activa por autofosforilación en residuos de Ser.
Fosforila proteínas en el motivo S/T-Q.
Forma un dímero inactivo que se disocia en monómeros
activos.
Mutaciones en gen ATM origina la Ataxia Telangiectasia.
MODELO DE REPARACIÓN DE DSBs
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La proteína RPA y el complejo MRN se han propuesto
como sensores del daño al DNA y activadores de la
cinasa ATM.
El complejo MRN cumple 2 funciones importantes en la
activación de ATM:
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Incrementa la concentración local de extremos de DNAcs
lo cual induce la monomerización de ATM.
NBS1 se une a estos monómeros y los activa.
ATM induce el arresto del ciclo celular a través de p53 y
fosforila a muchas otras proteínas importantes para la
reparación del daño por recombinación homóloga.
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Detención del ciclo celular
REPARACIÓN POR
RECOMBINACIÓN
HOMOLOGA
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Participan proteínas como
RAD51, RAD52, RAD54,
MRE11, RPA, BRCA1 y
BRCA2.
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Ataxia-Telangiectasia: FENOTIPO
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Desorden autosómico recesivo que se caracteriza por:
Ataxia progresiva
ƒ Telangiectasia ocular y cutánea
ƒ Inmunodeficiencia
ƒ Predisposición a neoplasias (linfoma,
leucemia)
ƒ Translocaciones cromosómicas
ƒ Sensibilidad a radiaciones
ƒ
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