Aula 2 Mecanismos de reparo

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Mecanismos de reparo 
de DNA
CFB 125 & 230
2017/1
Reparo Dano DNA
Equilíbrio
Reparo Dano DNA
Desequilíbrio
Desfavorece o processo evolutivo
Desequilíbrio
Reparo Dano DNA
Favorece o surgimento de patologias
De que forma as células 
respondem a esses insultos?
Mecanismos de reparo
Tautomerização de bases
• Isomerização expontânea das bases nitrogenadas 
para uma forma alternativa de ligações de 
hidrogênio;
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Sistema de revisão pela 
DNA polimerase
• A DNA pol precisa ser capaz de perceber essas 
transições; 
• DNA Pol 1 & 3 exploram a informação 
complementar na fita anti-paralela de DNA;
Como corrigem?
• Atividade exonuclease; 
• Hidrólise ligações fosfodiéster entre os 
nucleotídeos incorporados erroneamente; 
• Permite a remoção do nucleotídeo;
• Pol3 - atividade exonuclease 3’->5’ - Correção 
durante a replicação fitas líder e tardias;
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Reversão direta do dano
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Fotoreativação mediada 
pelas fotoliases
Fotoliases
• Presentes em bactérias, plantas e alguns fungos; 
• Ausentes em mamíferos; 
• Por que?
Perda das fotoliases
• Volume corpóreo aumenta e a incidência de luz 
reduz exponencialmente; 
• Além disso, surgimento de mecanismos de reparo 
alternativos;
Reparo por excisão de base 
(BER)
• Reparo de danos “não volumosos” 
• Exemplo de dano “não volumosos” - Desaminação, 
oxidação, perda da base nitrogenada;
desoxirribose - fosfodiesterase• Diferentes glicosilases para os diferentes tipos de 
lesões; 
• Ex. Uracila-DNA glicosilase reconhece uracilas 
originadas a partir da desaminação citosinas; 
• Previnem transições C.G - U.G - U.T - A.T
desoxirribose - fosfodiesterase
endonuclease
DNA polimerase
Ligase
BER
Mas esse sistema tem 
falhas…
Hotspot
Regiões de um gene com ALTA 
frequência de mutação;
Hotspots gene lacI bactéria
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• Mapa representa a região de um gene onde a 
frequência de mutações G.C - A.T é muito alta 
entre diferentes indivíduos;
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O que esses pontos de 
mutação tem em comum?
• Podem apresentar uma variação da citosina 
chamada de 5-metilcitosina; 
• 5-metilcitosina é causada pela metilação da 
citosina;
O que a 5-metilcitosina tem 
de especial?
A- G-C 
T-mC-G 
A-G-C 
T-T-G 
A-U-C 
T-T-G 
A-A-C 
T-T-G 
* Hidrólise
• A 5-metilcitosina pode sofrer uma reação de 
hidrólise e ser convertida em timina (T); 
• Desaminação da citosina vai acarretar na 
transição de um par C.G - A.T;
Mas pq essas mutações tendem a 
se acumular formando um hotspot?
A glicosilase não reconhece a timina 
originada apartir da hidrólise de 5-
metilcitosina como sendo uma base 
danificada ou alterada;
• Além de não identificar transições oriundas da 
hidrólise de metil-citosina para timina; 
• As glicosilases não são capazes de reconhecer 
danos “volumosos” ou danos sequencias em 
várias bases - Ex. ligações covalentes entre as 
bases;
BER não resolve todos os 
problemas…
Reparo por excisão de 
nucleotídeos (NER)
Etapas similares as de BER
• Reconhecimento da lesão; 
• Corte do filamento modificado; 
• Uso do filamento não danificado como molde;
Etapas diferentes das de BER
• Será removida uma extensão maior do DNA 
lesionado; 
• Requer o envolvimento de outras enzimas;
BER NER
NER
• BER - reconhece e promove o reparo de danos 
“não volumosos” - EX. bases modificadas 
estruturalmente, seja por hidrólise, seja por 
oxidação ou por incorporação de análogo; 
• NER - reconhece e promove o reparo de danos 
“volumosos” - Ex. ligações covalentes entre bases 
ou com agentes químicos intercalantes;
• Vimos que a tautomeria contribui para que a 
polimerase possa falhar introduzindo bases 
erroneamente; 
• Leva a um tipo de dano conhecido como mal 
pareamento de bases; 
• Pode levar a mutação por transição;
A célula precisa…
• Reconhecer a base malpareada; 
• Substituir a base errada pela base correta;
Como esse sistema reconhece 
qual base é a errada?
Reparo por malpareamento
O mecanismo de malpareamento 
reconhece bases “saudáveis” mas que 
foram incorporadas erroneamente pela 
polimerase…
Procura a base presente na 
fita recém sintetizada…
Reparo por malpareamento
Como esse sistema reconhece 
qual é a fita recém sintetizada?
• Após uma etapa de replicação, algumas bases 
presentes no DNA são metiladas; 
• Assim, no ciclo de replicação seguinte, a 
maquinaria de reparo por malpareamento vai 
poder distinguir a fita molde da fita recém 
sintetizada; 
• Aquela que NÃO tiver resíduo metilados, vai ser a 
fita que contém a base inserida erroneamente…
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• Até aqui, todos os mecanismos de reparo que 
discutimos são “ERROR FREE” ou seja, não 
introduzem erro… 
• Esses mecanismos ou REVERTEM o erro (ex. 
fotoliases) ou usam a complementariedade para 
CORRIGIR o erro (ex. NER, BER e 
malpareamento);
Entretanto, existem mecanismos 
de reparo que INTRODUZEM 
ERROS…
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A célula tem 2 opções
• Primeira - Perder tempo tentando corrigir esse erro 
e atrasar o ciclo de replicação; 
• Consequências catastróficas durante a mitose; 
• Segunda - Dar sequência a replicação e deixar 
esse erro para que seja corrigido pelo sistema de 
NER ou BER;
Qual a opção mais 
vantajosa?
Tem uma estrutura que acomodar bases modificadas 
em seus sítios catalíticos;
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Síntese de DNA translesão
Desvantagens desse 
sistema…
• As polimerase de translesão não apresentam 
atividade exonuclease… 
• Portanto, não são capazes de corrigir erros 
causados por tautomerização de bases; 
• Acélula torna-se dependente do mecanismo de 
reparo por malpareamento;
Por essa razão a síntese de translesão é 
considerada uma “espécie” de reparo 
propensa ao erro…
Como é regulada a 
alternância das polimerases?
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• Boa parte dos mecanismos de reparo se utilizam 
da complementariedade para efetuar as 
correções… 
• E nos casos onde não há uma fita complementar 
para ser utilizada como referência? 
• Em que situação???
Quebras de dupla fita de 
DNA
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O que promove a quebra da 
dupla fita de DNA?
Radiação Ionizante
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Transferência de energia promove a quebra das 
ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos;
Replicação de um segmento de DNA 
contendo uma “gap” na fita simples
Quebras de dupla fita de 
DNA
• Extremamente tóxicas; 
• Principal causa da instabilidade genômica;
Como reparar esse tipo de 
lesão?
Junção de extremidades 
não-homólogas (NHEJ)
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• Da mesma forma que o mecanismo de 
reparo por síntese de translesão… 
• Mecanismo de reparo por NHEJ pode 
introduzir erros;
Junção de extremidades 
não-homólogas (NHEJ)
E se a célula tiver disponível uma 
cópia idêntica do DNA quebrado?
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Em que fase do ciclo celular 
isso vai acontecer?
Reparo por recombinação 
homóloga (HR)
• Utiliza cromátides irmãs disponíveis durante 
a fase S ou G2/M como moldes para 
garantir o reparo correto;
Recombinação homóloga (HR)
NHEJ vs HR
Vai ser determinada pela fase do 
ciclo celular em que a célula se 
encontra;
Recapitulando
REPARO “ERROR FREE” 
• BER (lesões “não volumosas”) 
• NER (lesões “volumosas”) 
• Reparo Malpareamento (malpareamento bases 
“saudáveis”) 
• Recombinação Homóloga (quera de dupla fita na 
presença de uma fita molde)
REPARO “ERROR PRONE” 
• Síntese de translesão (polimerases sem atividade 
exonuclease); 
• Junção de extremidades não homólogas (quebra de 
dupla fita na ausência de fita molde);
Recapitulando
Capítulo 16