Mutação e Reparo

Prévia do material em texto

1
Mutação e Reparo
Variabilidade Genética
0,1% de diferenças na sequência do DNA são responsáveis
pela variabilidade genética -> São as que surgem de
acordo com a evolução.
Lembre-se: As alterações que surgem ao longo das nossas
vidas, podem ser maléficas e fazer com que existam
malefícios para a existência humana.
Dogma da Biologia Molecular
Mudanças e Mutações -> Sempre irá acontecer a nível de
DNA! Essas alterações no DNA têm consequências mais
profundas do que alterações nas proteínas e RNAs.
Edição de RNA é diferente de MUTAÇÃO -> Mutação se refere
a mudança e que você altera a sequência de base, já a
edição não ocorre uma mudança na sequência e sim nas
bases.
Essas alterações que surgem permitiram a adaptação, porém
em períodos curtos as alterações genéticas podem ser
prejudiciais.
A sobrevivência humana só é garantida quando o organismo
humano é considerado estável.
Qualquer alteração a nível de DNA, fará com que ocorra
uma mudança na sequência genética e os processos que
sucedem (TRADUÇÃO, TRANSCRIÇÃO) poderão sofrer
alterações.
Mutações Gênicas -> Alterações em um gene.
Mutações Cromossômicas -> Alteração da
estrutura/organização dos cromossomos ou do seu número
afetando muitos genes.
Causas das Mutações
Erros durante a replicação DNA -> É um erro considerado
baixo, já que acontece 1 a cada 10 milhões de pb durante
a replicação, onde 99,9% desses erros são corrigidos.
Falha no reparo do DNA -> Se ocorrer um erro geralmente a
célula repara. Todavia, existem algumas falhas nesse
mecanismo.
Falhas na segregação cromossômica -> Durante a Mitose e
Meiose (Divisão Celular).
2
Classificação das Mutações
1. Como se originou a mutação?
Espontâneas -> acontece naturalmente
Induzidas -> algo levou a essa mutação
2. Em quais células?
Somáticas -> células que não são germinativas,
porém dizem que essa mutação não é passada para frente.
Germinativas -> espermatozoides e óvulos.
3. Consequências Moleculares
Neutras -> Não acontecer alteração alguma.
Perda de Função -> Perder uma função de uma
proteína (exemplo)
Exemplo: p53 -> propensão ao desenvolvimento de
neoplasias.
Ganho de Função -> Ativa uma função
Exemplo: FGFR3 -> Inibe a proliferação dos
condrócitos na placa de crescimento.
Tipos de Mutações
Químicos - Físicos - Biológicos
Consequências das alterações
Ocorrência nas células somáticas durante a mitose ->
Originam tumores -> CÂNCER.
Ocorrência nas células germinativas durante a meiose ->
Geneticamente Herdadas.
Nomeações das mutações
Substituição
Deleção
Inserção de nucleotídeos
Lembre-se: Essas mutações variam de um único nucleotídeo
até um limite de aproximadamente 100 kb.
Por que nem toda alteração em uma sequência de DNA levará
à alterações fenotípicas ou doenças?
Por causa das correções durante o processo.
3
Substituições Nucleotídicas
1. Mutação Pontual -> substituição de pares de base em
um gene que poderá ser: silenciosas, mutação de
sentido trocado (missense) e mutações sem sentido.
Sentido trocado -> resultará em um aminoácido
distinto, altera a função, a estabilidade ou a
localização celular da proteína.
Sem sentido -> Resultará em um códon de parada no
mRna, poderá alterar a estabilidade ou gerar uma
proteína anormal.
Silenciosas -> Quando ocorre uma alteração no DNA
que não irá fazer com que ocorra uma alteração a
nível proteico.
2. Inserções ou deleções nucleotídicas -> um ou mais
pares de bases são adicionados (inserção) ou
removidos (deleção) do DNA.
Mutações da matriz de leitura (Frameshift) ->
alterações em todos os códons a partir da inserção
ou deleção.
4
3. Mutações dinâmicas (repetições expandidas) ->
repetição de nucleotídeos simples, tais como
(CCG)n, (CAG)n ou (CCTG)n, pode se expandir durante
a gametogênese. -> múltiplo de 3 ou mais.
Agentes Mutagênicos
Tipos: Físicos, Químicos e Biológicos
Radiação UV -> Principal agente físico relacionado com a
mutação do DNA. Irá realizar a formação de ligações
covalentes entre bases pirimidínicas adjacentes (dímeros
de pirimidina: UVA e UVB).
Radiação Ionizante -> Tipo de radiação encontrada em
Raio-X, Raio Gama e forma moléculas ionizadas, além de
quebrar as ligações N-glicosídicas levando a formação de
sítios apurínicos ou apirimidínicos e quebras
cromossômicas.
Agentes Químicos -> Agrotóxicos, medicamentos, álcool,
tabagismo, produtos químicos/petroquímicos.
Podem induzir a vários tipos de mutações no DNA,
algumas delas são:
a. Incorporação de análogos de base -> Causa
substituição de base. Exemplo: 5-bromouracila
é análogo a timina.
5
b. Agentes Intercalantes -> Eles se intercalam
entre a dupla fita (entre as pontes de
hidrogênio) e causam deleção ou inserção de
bases.
c. Agentes Alquilantes -> Divididos em dois
grupos, eles poderão realizar a doação de
grupo metil (-CH3) ou etil (-CH3-CH2).
d. Desaminação hidrolítica de bases -> Acontece
principalmente na Citosina, ocorre quando o
grupamento amina é retirado. Essa remoção na
citosina faz com que ela se torne uma uracila.
Lembre-se: só terá uracila no DNA na
desaminação hidrolítica de base!
e. Depurinação -> Retirada de uma base PURINA(A
OU G), resulta nas principais alterações
químicas no DNA, acontece de maneira
espontânea ou induzida, se torna um açúcar
depurado (fosfato e açúcar).
6
Agentes Biológicos -> Processos infecciosos podem causar
alterações no DNA, essa ação acontece por meio da
inoculação de uma parte do DNA na célula que estão
hospedando e casualmente integrando-a à cadeia de DNA do
hospedeiro.
Reparo de DNA
Os processos celulares de replicação de DNA e reparo
podem falhar a todo tempo, sendo causados por agentes
físicos, químicos e biológicos. Sendo assim, o DNA passa
por reparos a todo instante.
O problema é que esse reparo não é 100% eficaz, e isso
faz com que a estrutura e atividade de proteínas, que
dependem da sua sequência de aminoácidos correta, terá a
sua funcionalidade comprometida ou anulada.
Lembre-se: A taxa de erro na replicação é muito baixa.
Vias de Reparo
Por excisão -> Corte da área lesionada, sendo que existem
algumas vias, sendo elas: reparo por excisão de base
(BER), reparo por excisão de nucleotídeos (NER), reparo
por malpareamento (mismatch repair).
Reparo por recombinação homóloga -> reparando de acordo
com regiões iguais.
Reparo por recombinação não homóloga -> reparando de
acordo com regiões iguais.
7
Reversão Direta
É o modo mais eficiente de ligar com lesões específicas
que ocorrem frequentemente. Algumas lesões que possuem a
POSSIBILIDADE de ser reparado por reversão direta são:
Particularmente dímeros de pirimidina que resultam
da exposição à luz UV -> SOMENTE EM PLANTAS E ANIMAIS.
Resíduos de guanina alquilados.
Reversão direta para alquilantes
A lesão será reparada pela enzima chamada O6 -
metilguanina (metiltransferase) que irá transferir o
grupo metila para um resíduo de cisteína.
Reparo por Excisão
Quando ocorre a alteração na base, nucleotídeo inteiro ou
na fita.
Existem 3 tipos de reparo por excisão, sendo elas:
Excisão de base -> Quando ocorre a alteração em uma
única base, ela acontece ,na maioria dos casos, na
desaminação da citosina. O primeiro ponto para a
ocorrência desse reparo é realizar o reconhecimento
da região lesionada, esse passo será feito pela
enzima DNA GLICOSILASE. Após o reconhecimento, irá
8
ocorrer a clivagem (remoção da base nitrogenada) da
ligação entre a “uracila” e a desoxirribose do
esqueleto do DNA. Além disso, irá produzir uma
uracila livre e um sítio denominado de SÍTIO
APIRIMÍDICO.
Vale ressaltar que dependendo da base retirada
poderá ocorrer sítios apúrica ou apirimídica. A DNA
GLICOSILASE TAMBÉM REMOVE HIPOXANTINA. Os sítios AP
são clivados por uma endonuclease AP, essa enzima
cliva regiões adjacentes ao sítio AP, ao clivar a
cadeia principal ela quebra a ligação fosfodiéster,
porém essa lacuna resultante será corrigida. A
desoxirribose restante é removida pela
fosfodiesterase e a lacuna será preenchida pela
DNA-Polimerase e pela DNA-glicase.
Reparo por excisão de nucleotídeo -> Acontece
bastante quando ocorre a alteraçãopor dímeros de
pirimidina induzidos por UV. Existirão sete
diferentes genes de reparo XPA a XPG. Ademais, a
XPC + hHR23B é responsável pelo reconhecimento da
área do dano e fazer o recrutamento de outros genes
de reparo (XPB, XPD, XPG). A XPB e a XPD atuarão
como helicase para desenrolar aproximadamente 30
pares de bases de DNA.
Após isso, a XPA chega e confirma o dano, além de
recrutar a proteína XPF que chega junto com a
ERCC1. Ademais, a XPF/ERCC1 e XPG terão função de
9
endonucleases e irão clivar respectivamente o DNA
nas regiões 5’ e 3’ do sítio lesado
(aproximadamente 30 pares de nucleotídeos). Por
fim, a DNA Polimerase vai preencher o espaço e a
DNA ligase irá fazer a ligação dos nucleotídeos.
O reparo por excisão de nucleotídeo pode estar
acoplado à transcrição, sendo assim a lesão do
DNA irá bloquear o processo de transcrição e a
polimerase que foi bloqueada será reconhecidas
pelas proteínas CBS e CSA para realizar o
recrutamento das proteínas XPB, XPD e XPG. ->
o mecanismo de reparo após isso segue igual ao
processo de excisão fora do processo
transcricional.
- Reparo de Malpareamento -> Ocorre quando bases
malpareadas são incorporadas durante a replicação
do DNA. Sendo assim, os erros que escaparam da
correção da enzima polimerase serão reparados mais
tarde por reparo de malpareamento. Quando ocorre um
malpareamente de base, existirão um conjunto de
proteínas de reparo de malpareamento que irão
realizar o reconhecimento desses malpareamento no
DNA e irão fazer a remoção (papel de endonuclease)
de uma das fitas de DNA e sintetiza novamente a
fita perdida (DNA-Polimerase) e a DNA-Ligase
realiza a ligação.
10
-
Reparo sujeito a erro
Se ocorrer um erro no sistema de reparo a replicação é
bloqueada, DNA Polimerase sujeita a erro (Polimerase V-
procariotos), essa polimerase é induzida por radiação e
ela não realiza a revisão 3’->5’.