Mecanismos de reparación del ADN

Actividad supervisada

Dentro de la célula existen distintos mecanismos de reparación de daños del ADN, los principales mecanismos se pueden agrupar en dos clases de sistemas; reparación directa e indirecta. En el primer caso sólo se utiliza una enzima para reparar la lesión y no se sustituyen bases de la molécula de AD:

• Fotorreactivación: se encarga de revertir los dímeros de pirimidinas ciclobutano, pirimidina (6,4) y pirimidona (6,4 PP) provocados por la radiación UV en las bases del ADN. Para ello, se utiliza una enzima fotoliasa que rompe los enlaces covalentes en las pirimidinas utilizando la energía de un fotón captado por dos cromóforos que posee.
• Alquiltransferencia: el mecanismo se caracteriza por remover aductos alquilo en el ADN, incorporados por agentes químicos alquilantes o enzimáticos (metilasas). El ejemplo más conocido es la metilación de restos de guanina que forman , ante esto, la célula utiliza enzimas “suicidas” (alquiltransferasas) que remueven el grupo metilo de la guanina para colocarlo en el sitio activo de la cisteína, provocando una inactivación irreversible de la proteína .[pic 1][pic 2]
• Desmetilación oxidativa: remueve daños por metilaciones en el ADN, provocados por compuestos endógenos. En el caso de E. coli, se ha estudiado la proteína AlkB que desmetila oxidativamente bases lesionadas, liberando el grupo metilo en formaldehído.

Por su parte, en los sistemas de reparación indirecta, suelen ser más complicados por la diversidad de enzimas utilizadas además que intervienen sobre el ADN durante la replicación (fase S), transcripción o sobre hebras de hebras de ADN fragmentadas. El ADN, al replicarse de  manera semiconservativa permite a los mecanismos de reparación por escisión corregir errores en la hebra hija, ya que la cadena madre sirve como molde en la síntesis de la reparación:

• Reparación por escisión de bases (BER): la célula lo emplea para corregir daños oxidativos, derivados de la alquilación celular y despurinización espontánea, protegiéndola de daños y pérdidas de bases que generan sitios apurínicos o pirimidínicos (sitios AP). Se utilizan enzimas llamadas glicosilasas, que rompen el enlace glicosídico (une base con azúcar) y retirando la base, produciendo un sitio AP, sitio reconocido por una AP-endonucleasa de clase II que elimina el resto del nucleótido produciendo un corte, después, una exonucleasa degrada el corte dejando un espacio en la cadena de ADN que será reparado por la ADN polimerasa y, por último, una ligasa sella la hebra.
• Reparación por escisión de nucleótidos (NER): se reparan daños causados por la radiación UV, quimioterapias, agentes mutagénicos, entre otros. En procariotas, intervienen 4 proteínas diferentes; el complejo de polipéptidos UvrABC actúa como endonucleasa localizando la lesión y removiendo los nucleótidos dañados. Se inicia con la proteína UvrA que se une a la región de ADN dañado. Al sólo identificar una distorsión, la lesión es reconocida por el complejo de heterodímeros compuesto por dos moléculas UvrB con un dímero de UvrA2 que causa la desnaturalización local de la lesión, despues UvrB se adhiere al sitio y se disocia de UvrA2. UvrC se une a la cadena con daño causando dos escisiones para que la helicasa II (UvrD) remueva el segmento dañado, el ADN polimerasa I sintetiza los correctos y la ligasa lo une; en mamíferos intervienen más de 30 proteínas diferentes. En eucariotas, la escisión es de 24 a 32 nucleótidos.
• Reparación por apareamiento erróneo (MMR): se encarga de remover bases desapareadas causadas por daños espontáneos, desaminación de bases, oxidación, metilación y daños en los procesos de replicación, manteniendo la estabilidad genómica. El complejo MutSreconoce las bases erróneas y regiones de ADN con pérdida o inserciones, después el dímero MSH2-MSH6 se une al sitio de apareamiento erróneo y el complejo MutL con ATP reconoce la cadena madre provocando un rompimiento de la cadena dañada. El segmento dañado removido por la helicasa, así la polimerasa sintetiza y la ligasa une el nuevo segmento.[pic 3]

Adicionalmente, existen los quiebres en doble cadena (DSB) que tiene distintas causas, endógenas y exógenas; el no reparar estos quiebres, en eucariotas, puede ocasionar la inactivación de genes esenciales. Hay dos vías de reparación de DSB:

• Reparación por recombinación homóloga (HR): Este sistema detecta y repara daños durante la fase G2; la proximidad entre las cromátidas hermanas determina la eficiencia de este sistema. En eucariotas los DSB se reconocen por medio del complejo proteico MRN, el cual posee actividad de nucleasa que degrada ADN produciendo cadenas sencillas, después, el ADN es protegido de las exonucleasas gracias de la proteína RAD52, mientras que, en presencia de ATP, RAD51 sintetiza un filamento nucleoproteico que busca su secuencia homóloga, además, cataliza el intercambio y apareamiento de las cadenas con ayuda de RAD52, al final, se forma el intermediario Holiday; para terminar el proceso de replicación.
• Reparación por extremos no homólogos: la unión de cadena se da por sus extremos; no es necesario una secuencia complementaria u homóloga. Se reconoce el sitio de corte por el complejo heterodímero (HU70 y KU80) que mantiene unidas las cadenas y protege al ADN de exonucleasas. Después, la ligasa IV repara la ruptura junto con el complejo XRCC4, el cual se une al extremo lesionado, uniendo las cadenas.

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