MUTAÇÃO E REPARO

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MUTAÇÃO E REPARO 
1. O que são e como ocorrem as mutações? 
2. Quais os principais tipos de mutações? 
3. O que são agentes mutagênicos? Como são classificados? 
4. Qual a importância do sistema de reparo de DNA?
5. Como são classificados os sistemas de reparo de DNA?
6. Como relacionar falhas no reparo de DNA ao aparecimento de doenças?
MUTAÇÕES
· São alterações ou modificações em genes ou cromossomos, podendo acarretar variação hereditária; as mutações podem levar à perda de função de um gene ou a uma nova função;
· A alteração de um nucleotídeo, ou mutação, no gene pode levar à formação de uma proteína variante, passível de ter propriedades distintas em consequência de sua estrutura alterada.
CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES
· Quanto à origem:
· Espontâneas (alteração do gene ocorreu sem intervenção intencional do ambiente)
· Induzidas (agentes mutagênicos)
·  Quanto ao tipo celular:
· Somáticas (mosaicismo)
· Germinativas 
·  Quanto a adaptabilidade:
· Benéficas
· Neutras (polimorfismos)
· Deletérias (doenças genéticas, câncer)
· Quanto ao nível:
· Cromossômicas (quando alteram a estrutura ou o número de cromossomos)
	  Alterações numéricas
	  Alterações estruturais
· Gênicas (quando alteram a estrutura do DNA)
	  Mutações de ponto (substituições de nucleotídeos)
	  Deleções
        Inserção
MUTAÇÕES GENICAS
· As mutações gênicas são responsáveis por alterações nos genes;
· Alteram uma ou mais bases do DNA, o que afetará a leitura durante a replicação ou durante a transcrição;
· Podem ser transmitidas hereditariamente quando ocorrem nas células germinativas;
· Quando ocorrem em células somáticas podem provocar a formação de tumores.
TIPOS DE MUTAÇÕES GÊNICAS 
· Substituição de nucleotídeos: ocorre a troca de um par de bases (mutação de ponto). 
      Classificação: 
Transição (~63%)                                    
     		Purina-purina (A ou G)
     		Pirimidina-pirimidina (C ou T)
      Transversão (~37%)
Purina-pirimidina ou pirimidina-purina
· Inserção: uma ou mais bases são adicionadas ao DNA;
· Deleção: uma ou mais bases são retiradas do DNA;
· Essas mutações podem resultar em aminoácidos excedentes, ausentes e trocas de aminoácidos em uma proteína.
AGENTES MUTAGÊNICOS 
Agente mutagênico é todo tipo de agente que apresenta capacidade de gerar mutação; aumentam a frequência das mutações… Papel do ambiente social e ocupacional; hábitos de vida.
Os agentes mutagênicos podem ser classificados em: químicos, físicos e biológicos.
· Químicos: substâncias consideradas cancerígenas, que alteram as ligações químicas ou até mesmo substituem nucleotídeos normais por moléculas similares;
· Físicos: nesse grupo encontram-se radiação ionizante e radiação UV;
· Biológicos: a ação de microorganismos, responsáveis por inocular parte de seu DNA na célula que estão hospedando, casualmente integrando-a a cadeia de DNA do hospedeiro.
Radiação ultravioleta: a luz ultravioleta gera um número de tipos distintos de alterações no DNA, chamados de fotoprodutos. O mais provável desses produtos para levar a mutações são duas lesões diferentes que unem pirimidinas adjacentes no mesmo filamento (dímeros de pirimidina).
Radiação ionizante: pode causar danos das seguintes formas: 
1. formação de moléculas ionizadas e excitadas (reativos de oxigênio) que podem causar danos ao DNA;
2. quebra de ligações N-glicosídicas, levando a formação de sítios apurínicos ou apirimidínicos;
3. pode causar quebras de filamentos cromossômicos.
4. Incorporação de análogos de base: substâncias químicas com estrutura semelhante às bases nitrogenadas podem eventualmente ocupar o lugar dessas bases. Podem levar à substituição de bases.  Exemplo: 5-bromouracila (análogo da timina).
5. 
6. Agentes intercalantes: alguns mutágenos conseguem mimetizar pares de bases e se intercalar entre outros pares podendo causar deleção ou inserção de um único par de nucleotídeos. Exemplo: brometo de etídeo.
AGENTE MUTAGÊNICO QUÍMICO
incorporação de análogos de base: substâncias químicas com estrutura semelhante às bases nitrogenadas podem eventualmente ocupar o lugar dessas bases. Podem levar à substituição de bases.  Exemplo: 5-bromouracila (análogo da timina).
Agentes intercalantes: alguns mutágenos conseguem mimetizar pares de bases e se intercalar entre outros pares podendo causar deleção ou inserção de um único par de nucleotídeos. Exemplo: brometo de etídeo.
Agentes alquilantes: interagem com centro nucleofílico do DNA, adicionando grupos alquila. Podem levar à transições. Exemplo: gás mostarda.
Agentes desaminantes: causam desaminação. Provocam transições. Exemplos: ácido nitroso.
REPARO DE DNA
Reparo de erros de emparelhamento entre bases (mismatch)
MSH (proteína humana de reparo de divergência - mismatch): responsáveis por identificar padrões de erros: 
MSH2, MSH6: Identificam o pareamento incorreto
MLH1, PMS2: Atividade de endonuclease: Retiram a sequência incorreta com o auxílio de DNA helicase e DNA exonuclease;
DNA polimerase: polimerização correta;
DNA ligase: Ligação das “frestas”
A proteína humana de reparo de divergência 2 (MSH2) está envolvida no reconhecimento inicial de nucleotídeos durante o processo de reparo de divergência pós-replicação. Portanto, a perda da função MSH2 leva à acumulação de erros de replicação, que, por sua vez, pode ser responsável pelas múltiplas mutações requeridas para a carcinogênese de multiestágio.
Mutações em genes de reparo de divergência foram relacionadas ao câncer de cólon sem polipose hereditário, e a cânceres esporádicos que exibem instabilidade de microssatélite. Relata-se que MSH2 é expressada nos núcleos de células de uma variedade de tecidos, incluindo, tireoide, coração, músculo liso e os centros germinais de folículos linfoides.
Em íleo e cólon, a expressão de MSH2 foi relatada nas criptas, as células que estão passando por rápida renovação. Elas são responsáveis pela produção contínua de células diferenciadas que migram durante 2 a 4 dias antes de serem descartadas no lúmen.
Reparo por excisão de bases (BER) NA glicosilases (ex.: Uracil glicosilase)
Identifica mal pareamento e gera um sítio AP (quebra da ligação N-glicosídica)
AP endonuclease
Quebra a ligação fosfodiéster e retira o desoxirribonucleotídeo
Polimerização pela DNA pol e ligação pela ligase
) Reparo por excisão de bases. Essa via inicia com uma DNA-glicosilase. A enzima uracila DNA-glicosilase remove uma citosina acidentalmente desaminada no DNA. Após a atuação dessa glicosilase (ou outra glicosilase que reconheça um tipo diferente de lesão), a porção de açúcar-fosfato do resíduo que sofreu perda da base é clivada do DNA pela ação sequencial da endonuclease AP e de uma fosfodiesterase. (Essas mesmas enzimas iniciam diretamente o reparo de sítios depurados). O intervalo de um único nucleotídeo é, por sua vez, preenchido pela DNA-polimerase e pela DNA-ligase. O resultado final é que a base U acidentalmente criada por desaminação foi restaurada a C. A endonuclease AP é chamada assim porque reconhece qualquer sítio na hélice de DNA que contenha um açúcar desoxirribose com ausência da base; esses sítios podem surgir pela perda de uma purina (sítios apurínicos) ou pela perda de uma pirimidina (sítios apirimidínicos).
Reparo por excisão de nucleotídeos (NER)
 Complexo enzimático que reconhece distorções na dupla hélice;
- Nuclease de excisão cliva os dois lados da lesão;
- DNA helicase desenrola a dupla hélice;
- DNA pol de reparo usam a extremidade 3’OH como primer  para síntese de um novo segmento;
- DNA ligase sela os nicks (frestas)
Reparo por excisão de nucleotídeos. Em humanos, uma vez reconhecida a lesão, uma helicase é recrutada para desenrolar a duplex de DNA localmente. A seguir, a nuclease de excisão entra e cliva nos dois lados da lesão, produzindo um intervalo de cerca de 30 nucleotídeos. A maquinaria de reparo por excisão de nucleotídeos, tanto de bactérias como de humanos, pode reconhecer e corrigir diversos tipos de lesões no DNA.
Mutação e reparo 
· Alterações na sequência de DNA resultam de erros de cópiae dos efeitos de vários agentes físicos e químicos;
· Muitos erros de cópia que ocorrem durante a replicação do DNA são corrigidos pela função de revisão da DNA-polimerase que pode reconhecer bases incorretas (mal-pareadas) na extremidade 3’ da fita crescente e, então, removê-las por uma atividade de exonuclease 3’--> 5’ inerente; 
· Células eucarióticas possuem três sistemas de reparo por excisão para correção de bases mal-pareadas e remoção de dímeros de timina induzidos por UV ou grandes adutos químicos do DNA. Reparo por excisão de base, reparo de mal-pareamento e reparo por excisão de nucleotídeo operam com alta precisão e geralmente não introduzem erros.
· O reparo de quebras de fita dupla pela via de junção de extremidades não homólogas liga segmentos de DNA de diferentes cromossomos, possivelmente formando uma translocação oncogênica. O mecanismo de reparo também produz uma pequena deleção, mesmo quando segmentos do mesmo cromossomo são unidos;
· O reparo de quebras no DNA de fita dupla livre de erros é realizado por recombinação homóloga utilizando a cromátide-irmã íntegra como molde.
· Defeitos hereditários na via de reparo por excisão de nucleotídeo, como ocorre em indivíduos com xeroderma pigmentoso, predispõem ao câncer de pele;
· O câncer de colorretal hereditário com frequência está associado a formas mutantes de proteínas essenciais para a via de reparo de mal-pareamentos;
· Defeitos no reparo por recombinação homóloga estão associados com a herança de um alelo mutante dos genes BRCA-1 ou BRCA-2 e resultam em predisposição a câncer de mama e de ovário.
· A maior parte das lesões nas bases de DNA é removida por uma das duas principais vias de reparo. No reparo por excisão de bases, a base alterada é removida pela enzima DNA-glicosilase, seguida pela excisão do açúcar-fosfato resultante. No reparo por excisão de nucleotídeos, uma pequena porção da fita de DNA que flanqueia a lesão é removida da dupla-hélice como um oligonucleotídeo;
· Em ambos os casos, o intervalo deixado na hélice de DNA é preenchido pela ação sequencial de DNA-polimerase e DNA-ligase, utilizando a fita de DNA não danificada como molde;
· Alguns tipos de lesões no DNA podem ser reparados por uma estratégia diferente – a reversão química direta da lesão – realizada por proteínas de reparo especializadas. Quando o dano no DNA é muito grave, uma classe especial de DNA-polimerases não precisas, chamadas de polimerases translesão, é empregada para passar sobre a lesão, permitindo que a célula sobreviva, mas, algumas vezes, produz mutações permanentes nos locais da lesão.