MECANISMOS DE REPARO DNA

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MECANISMOS DE REPARO DO DNA: 
 Um mutante só sobrevive quando a alteração genética que 
ele sofreu não é prejudicial. Em alguns casos raros, pode ser 
até benéfico 
 No entanto, a maioria é desvantajosa e as células não 
conseguiriam sobreviver se não fossem pelos mecanismos 
enzimáticos para reverter as mutações, sejam eles naturais 
ou artificiais 
 Uma célula pode ter vários sistemas de reparo capazes de 
atuar ao mesmo tempo, mas os sistemas mais 
compreendidos ocorrem em organismos procariotos, 
especialmente escherichia coli, que será abordada nessa aula 
 Dentre os mecanismos abordados estão: 
 Revisão de leitura e reparação de mal pareamentos 
 Reversão direta da lesão no DNA 
► Fotorreativação enzimática 
► Reparação enzimática de bases alquiladas 
 Reparo por excisão 
► Excisão de bases 
► Excisão de nucleotídeos 
 Reparo pós-replicação 
► Reparo por recombinação 
► Sistema SOS 
► Reparo sujeito a erros 
 Reparação de quebras duplas no DNA 
► Por recombinação homóloga 
► União de extremidades não homólogas 
► União de extremidades mediada por micro-
homologias 
► Anelamento de fitas simples 
Reparo de mal pareamentos: 
 Um dos tipos mais comuns de mutações é na replicação 
 Ocorre quando o nucleotídeo incorreto é inserido na fita pela 
própria DNA Polimerase 
 Ela comete um erro a cada 100 mil instruções 
 A própria DNA polimerase corrige o erro, detecta 99% 
 Ela utiliza sua atividade exonucleática 3’ 5’ e substitui o 
nucleotídeo errado pelo certo 
 O reparo precisa acontecer no 1º ciclo de replicação onde 
há o mal pareamento 
 
 Existem algumas mutações que permanecerão após a 
polimerização da DNA Polimerase. Nesses casos, a E. Coli 
possui um sistema de reparo por mal pareamento que 
confere precisão na replicação 
 Sistema que, com várias proteínas codificadas pelos genes 
mut (S,L,H), percorre o DNA recém sintetizado e corrige 
bases mal pareadas – sinal sequencias GATC 
 
 As helicases e exonucleases desenrolarão o DNA e farão a 
excisão entre esses fragmentos adjacentes ao pareamento 
e posteriormente a DNA Polimerase sintetizará a fita de 
novo de forma complementar a ligase fará essa ligação 
 Há um sinal específico que é controlado temporalmente que 
direcionará o sistema de reparo por mal pareamento 
exclusivamente para fitas recém sintetizadas 
 Então existe um sinal que implica no reconhecimento de 
sequências GATC próximas ao erro, mas se uma metilase 
https://www.google.com/search?sxsrf=AOaemvKjVk5Ar316j1CJ1_qy0F8o8YPjIg:1634743555795&q=escherichia+coli&spell=1&sa=X&ved=2ahUKEwizicSnptnzAhW-lZUCHW1vDxIQkeECKAB6BAgBEDY
codificada modificar a Adenina da sequência GATC, o sistema 
não irá atuar 
REVERSAO DIRETA DA LESAO 
I. Fotorreativação enzimática 
 
 Remoção dos dímeros de pirimidina (especialmente Tinina) 
formados pela radiação UV 
 Assim, os dímeros não se encaixarão corretamente na dupla 
hélice, portanto a replicação e expressão gênica serão 
afetadas com essa lesão no DNA 
 Enzima fotoliase se liga ao dímero e pela absorção de luz 
converte o dímero em monômeros de pirimidina 
 
II. Reparação Enzimática de Bases Alquiladas 
 
 Bases alquiladas são aquelas que têm grupamento metil ou 
etil pela ação de algumas enzimas que adicionam esses 
grupamentos 
 Enzima O6 metil-guanina-metil-transferase reconhece o 
metil-guanina na fita dupla e remove o grupamento metílico, 
transferindo-o para um resíduo de cisteína da enzima 
 Não há meios de recuperar a enzima metilada 
 
Reparo por excisao 
I. Excisão de Base 
 
 Corrige lesões causadas nas bases nitrogenadas pela 
hidrólise espontânea (Ex: desaminação) ou por agentes que 
alteram quimicamente, provocando, por exemplo, a oxidação 
 Este processo também lida com bases desaminadas e 
quebras de fita simples 
 A 1ª etapa desse sistema envolve o reconhecimento de uma 
base quimicamente alterada pela DNA Glicosilase 
 Essa enzima irá eliminar a base errada encontrada 
hidrolisando a ligação glicosídica e nesse estágio a cadeia de 
DNA fica intacta mas a base será perdida, tendo esse 
espaço sem base chamado de sítio apurínico quando tem, 
por exemplo, uma citosina desaminada 
 O próximo passo é a Enzima AP Endonuclease reconhecer o 
defeito e clivar a cadeia de DNA na posição 5’ do sítio 
apurínico, deixando o OH livre na extremidade 3’ e a 
Exonuclease vai clivar na posição 3’ do sítio apurínico, 
deixando o fosfato na extremidade 5’ 
 Essa lacuna, posteriormente, será preenchida pela DNA 
Polimerase com o nucleotídeo correto e a DNA Ligase fará 
essa ligação 
 
 
II. Excisão de Base 
 
 Principais proteínas envolvidasno processo: 
 
 Etapas:: 
1. Reconhecimento da lesão 
2. Incisão da fita lesada em ambos os lados da lesão e a 
alguma distância dela (: 8 nucleotídeos da extremidade 
5’ da lesão e de 4 a 5 nt da extremidade 3’ da lesão) 
3. Excisão do nucleotídeo contendo a lesão 
4. Síntese de um novo segmento de DNA, utilizando a fita 
não danificada como molde 
5. Ligação das fitas 
 
Reparo pos-replicacao 
I. Reparação por recombinação 
 
 Toda a informação do sítio danificado é perdida e apenas 
pode ser recuperada pela utilização de uma outra molécula 
idêntica de DNA 
 Em bactérias: em outra cópia de seu cromossomo 
 Em organismos superiores diplóides: no par do seu 
cromossomo 
 
II. Sistema SOS 
 
 Genes SOS: grupo de genes, incluindo uvrA-D, recA, umuC e 
D, SSB 
 Sistema ativado quando há uma mutação tão severa que 
pode impedir a síntese/replicação de DNA 
 Proteína RecA ligada a DNA fita simples (lacuna – dímero) 
degrada a proteína repressora dos gene SOS (LexA) 
 Sua expressão aumenta no DNA lesado. Podem codificar 
genes envolvidos na síntese e reparação do DNA 
 
III. Reparação sujeita a erro: Síntese Translesão 
 
 Sistema que ocorre em casos em que o dano é extremo, 
não sendo corrigido pelos outros sistemas de reparação 
 Qualquer uma das 4 bases é inserida no local lesado, a fim 
de garantir a continuidade da replicação 
 Sem o molde, o próprio sistema pode incorporar uma base 
errada (mutação) o que é preferível para a célula do que 
não seguir a replicação 
 Então, enquanto a DNA Polimerase faz a replicação, a lesão 
para o processo. Nesse momento, a DNA Polimerase (III na 
imagem) sera substituída pela Polimerase Translesão 
(vermelha) 
 A participação da DNA Polimerase Translesão só ocorre no 
momento da lesão, adicionando nucleotídeos aleatórios. Depois 
disso, ela se dissocia e a DNA Polimerase III se reassociará e 
terminará a replicação 
 
Reparo de quebras duplas no DNA 
 Quebras em ambas as fitas da mesma molécula de DNA 
causadas por radiação ionizante, drogas anticancerígenas, 
radicais livres, etc 
 
I. Por recombinação homóloga 
 Ocorre durante o final da fase S ou o início da fase G2, 
quando as cromátides irmãs estão disponíveis para serem 
moldes 
 Usualmente envolve a quebra de 2 moléculas de DNA na 
mesma região, onde as sequências são muito semelhantes, e 
a junção de um DNA ao outro, o que resulta num processo 
de "cross-over" 
 Ambas as cadeias de uma ou duas moléculas de DNA que 
participam no processo de recombinação são quebradas e a 
extremidade 5' de cada quebra é digerida por uma 
exonuclease, deixando um gap com uma cauda 3' em cada 
cadeia simples exposta 
 Uma destas caudas invade a outra dupla cadeia de DNA até 
encontrar a sequência que lhe é complementar. Então, a 
enzima DNA polimerase promve a extensão da cauda ao 
longo da sequência complementar substituíndo a outra cadeia 
com a mesma sequência, até atingir a extremidade 5' da 
cadeia invasora, a qual é ligada por uma DNA ligase 
 A outra extremidade 3' pode ser usada como um inciador 
para preencher a falha que resta usando a cadeia removida 
como molde, antes de ser ligado à extremidade livre 5', na 
sua própria cadeia, também pela enzima DNA ligase 
 Forma-seassim um DNA heteroduplex, inicialmente só numa 
molécula de DNA, entre a cadeia que faz a invasão inicial e a 
sua sequência complementar 
 Posteriormente, este modelo sugere que possa 
ocorrer formação de heteroduplex entre ambas as cadeias 
 
II. União de extremidade não homólogas 
 
 É o principal mecanismo de reparo de quebras duplas de 
DNA em eucariotos 
 Não requer homologia entre as duas moléculas que irão 
recombinar 
 Enzimas participantes: Proteína Quinase dependente de DNA 
(DNA-PK) e Ku, que interagem em complexos e se ligam às 
extremidades das fitas quebradas 
 
III. União de extremidade mediada por micro-homologias 
 
 Necessita da existência de micro-homologias de 5 a 25 pb 
(pares de base) entre as extremidades das cadeias que 
serão reunidas para a ligação entre elas ocorrer 
 Esse tipo de reparo está sujeito a erro 
 Enzimas: Ku70, Ku80, Rad51, que impedirão que as fitas 
quebradas se unam ou saiam do local onde estão 
 Isso possibilita que o Complexo de proteínas MRX Sae2 Exo1 
se ligue e degrade 30-50 nt desse complexo 
 Isso fará com que as regiões micro-homólogas (quadrados 
em azul) se anelem de forma transitória e dinâmica. Esse 
anelamento é estável e a mutação seria parada pela síntese 
de DNA através da DNA Polimerase 
 Como resultado, há uma micro deleção dessa região que 
estava entre as regiões homólogas, porque ainda é um 
cenário melhor do que haver uma quebra e perder todo o 
fragmento de DNA 
 Alternativamente, pode acontecer a presença de uma DNA 
Polimerase Translesão que vai estender as fitas de DNA 
(sujeitas a erro) e ocorrerá um reanelamento das regiões 
micro-homólogas 
 Daí, terá o surgimento das fitas ligadas, porém com 
deleções, intersões através do DNA template dos 
nucleotídeos 
 
 
IV. Anelamento de fitas simples 
 
 Ocorre na recuperação de uma quebra entre sequências 
repetidas e orientadas na mesma direção 
 As extremidades das quebras são expostas por 
exonucleases expondo regiões com fita simples 3’ 
complementares que podem se anelar. 
 Sequências que não eram repetidas, mas estavam entre as 
repetidas são deletadas. 
 As extremidades sobressalentes são removidas, ocorre a 
síntese para o preenchimento das lacunas e ligação 
 
União de extremidade União de extremidade mediada Anelamento de 
não homólogas por micro-homologias fitas simples
 
 
 
 
 
 
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