Mecanismos de reparación del ADN        Como acabamos de ver, la estabilidad de la copia del material genético en un entor...
REPARACIÓN DIRECTA Por estos mecanismos se reparan: metilación de guanina, y en algunos vertebrados dímeros de pirimidina....
8.3.1 Mecanismos de reparación directa8.3.1.1 Recuperación de guaninas metiladas        Una de las alteraciones que se con...
8.3.1.2 Reparación de dímeros de pirimidinaUn sistema similar actúa en procariotas y en muchos eucariotas, en él intervien...
8.3.2.1 Reparación por escisión de base        En este caso la base alterada es retirada del ADN por un tipo de enzimas de...
Figura 7. Mecanismo de reparación por escisión de nucleótido.        Como en el caso anterior la ligasa sellará la hebra n...
Figura 8. Mecanismo de reparación de cromosomas fragmentados. Reparación mediante recombinación.        En general la fase...
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Mecanismos de reparacion del adn

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Mecanismos de reparacion del adn

  1. 1. Mecanismos de reparación del ADN Como acabamos de ver, la estabilidad de la copia del material genético en un entorno celularconsiderado como normal está muy comprometida, por lo que si no hay nada que se oponga a ello, el númerode mutaciones por célula y generación sería de tal calibre que la vida resultaría difícil o imposible en talescircunstancias. Sin embargo, como ya se adelantó, la célula ha adquirido a lo largo de la evolución toda unaserie de mecanismos que tienden a reducir el daño que se produce en el ADN (Wood, 1996). En ocasionesestos actúan haciendo desaparecer el agente inductor del daño, como es el caso de las enzimas antioxidantes:superóxido dismutasa (SOD), catalasa, etc., neutralizando de esta forma especies reactivas del oxígeno, que deotra forma podrían atacar el ADN, mientras que otros mecanismos (tal vez los más variados) tratarían dereparar el daño producido en esta molécula. Las características generales de estos sistemas de reparaciónaparecen comentadas en la Tabla 2. – Ubicuidad: en todas las células. – Redundancia: varios sistemas por célula. – Complejidad: numerosos elementos intercambiables en la mayoría de los casos. – Eficiencia: nunca al 100% (unos más que otros). – Variabilidad funcional: un mismo sistema podría actuar de manera diferente en cada tipo de célula. – Homología interespecífica: por lo general bien conservados evolutivamente.Tabla 2. Características generales de los sistemas de reparación y supervisión del ADN. La importancia que tiene el mantener una copia “sana” del material genético para la célula, ha hecho quedesde una etapa muy temprana, los seres vivos desarrollasen toda una serie de estrategias para reparar losdaños que se producen de manera constante en el ADN. Los primeros estudios que analizaron estosmecanismos se llevaron a cabo en procariotas, más tarde el campo se amplió a eucariotas. En ambos casos seobservó que dichos mecanismos son redundantes, es decir que la célula no confía la supervisión y reparaciónde su genoma a uno sólo de ellos, sino que dispone de varios que en muchos casos interaccionan. Se calculaque una célula de mamífero dispone de al menos 130 genes involucrados en tales funciones, y no resultaríaextraño que, a medida que se conozca mejor el papel de los distintos genes humanos, aparezcan nuevos locirelacionados con la reparación del ADN. Estos datos, por sí solos, dan una idea de la importancia que para unacélula tiene el mantener su genoma sin defectos. Pero el aspecto más representativo de la importancia de losmecanismos de reparación del ADN tal vez sea el gran número de patologías cuya etiología se asocia a fallosen elementos moleculares en dichos mecanismos. En la mayoría de los casos, en estos mecanismos intervienen numerosos componentes, por lo que sumodo de acción no deja de ser complejo. En nuestro caso presentaremos los más relevantes (Tabla 3), y dentrode cada uno se presenta de forma simplificada su mecanismo de acción.
  2. 2. REPARACIÓN DIRECTA Por estos mecanismos se reparan: metilación de guanina, y en algunos vertebrados dímeros de pirimidina. Nointervienen nucleasas ni ADN-polimerasas. REPARACIÓN INDIRECTA Hay intervención de nucleasas y ADN-polimerasas. Se necesita hebra “molde” perteneciente al mismocromosoma o al homólogo. • Escisión de base. Reparan casos de alteraciones puntuales en bases nitrogenadas. Se origina un “sitio AP” y luego se retira el nucleótido “AP” y se resintetiza la hebra. • Escisión de nucleótido. Reparan alteraciones que distorsionan la conformación del dúplex y que obstaculizarían la transcripción y replicación. Generalmente inducidos por bases alteradas o mal apareadas. Una nucleasa escinde una porción de la hebra próxima al lugar del daño. Inmediatamente se resintetiza una nueva siguiendo el molde complementario. • Recombinación de regiones homólogas/ Unión de fragmentos terminales de hebras rotas. Reparan lesiones en las que se ven afectadas ambas hebras, o en las que no existe una hebra complementaria que pueda actuar de molde fiable. Mecanismo más complejo que los anteriores.Tabla 3. Diferentes sistemas de reparación del ADN en eucariotas según su mecanismo de acción. La etapa más importante del proceso tal vez sea aquella en la que se detecta el punto o puntos delgenoma donde se localiza la alteración. Se cree que una de las condiciones para que esto se pueda llevar acabo es que la molécula de ADN se encuentre descompactada, lo que permitiría al sistema de detección“rastrear” dicha región en busca de errores, que se localizarían por la distorsión estructural que unapareamiento de bases incorrecto produce en el dúplex. En este sentido hay evidencias de que tanto lareplicación como la transcripción del ADN son etapas donde se lleva a cabo una intensa actividad por parte delos sistemas de reparación. Los sistemas de reparación indirecta intervienen sobre el ADN, en replicación (fase S), transcripción osobre hebras de ADN seccionadas. Como ya se comentó anteriormente, la propia polimerasa del ADN, oalgunos de los componentes del mecanismo transcripcional, llevan a cabo la supervisión de la copia reciénsintetizada. En otros casos hay complejos moleculares que cooperan con la polimerasa del ADN resolviendocasos en los que esta ha de replicar o transcribir una determinada zona del genoma en la que se detecta unaalteración. A pesar de la gran cantidad de mecanismos y moléculas que intervienen en estos procesos hay undenominador común en todos ellos, y es que la mayoría están conservados evolutivamente. Otros de los mecanismos que actuarían para preservar la integridad del material genético seríanaquellos que, en lugar de intervenir reparando la copia del ADN, lo harían supervisando la integridad de losdesoxirribonucleótidos que serán utilizados para la síntesis del ADN, ya que algunos derivados de estospueden ser incorporados por la polimerasa en lugar del d-ribonucleótido normal pudiendo dar lugar a unamutación , tal es el caso del 8-hidroxi-dGTP.
  3. 3. 8.3.1 Mecanismos de reparación directa8.3.1.1 Recuperación de guaninas metiladas Una de las alteraciones que se conocen en el ADN es el caso de la metilación de restos de guanina paraformar O6-metilguanina; en este caso la célula dispone de una enzima “suicida” que localiza el lugar de laalteración y seguidamente transfiere el grupo metilo desde la guanina a un resto de cisteína en su centroactivo, la enzima queda ahora inactivada, ya que este proceso no es reversible (Figura 4). Figura 4. Recuperación de guaninas metiladas por acción de la guanina metil-transferasa.
  4. 4. 8.3.1.2 Reparación de dímeros de pirimidinaUn sistema similar actúa en procariotas y en muchos eucariotas, en él interviene una enzima que detectadímeros de pirimidina que se producen en restos adyacentes C-C, C-T (siendo el más frecuente T-T). Enprocariotas la enzima que repara esta alteración es la fotoliasa. En primer lugar la enzima localiza el puntodonde se ubica el dímero y seguidamente se posiciona sobre él y repara la alteración (Figura 5). Figura 5. Reparación de dímeros de pirimidina. Esta enzima además tiene una interesante peculiaridad, y es que se activa por irradiación conlongitudes de onda visibles próximas al U.V. Aunque en algunos vertebrados se han detectado enzimas queactúan de manera similar a la fotoliasa no se ha descrito todavía para el caso del ser humano, donde este tipode alteraciones se repara por otros mecanismos. En este caso, los dímeros de pirimidina (que se supone un tipode lesión frecuente que produciría el envejecimiento de la piel) se pueden reparar por otro mecanismo(escisión de nucleótido) que se describirá más adelante.8.3.2 Mecanismos de reparación indirectaEn general estos mecanismos actúan eliminando la base alterada utilizando diferentes estrategias:
  5. 5. 8.3.2.1 Reparación por escisión de base En este caso la base alterada es retirada del ADN por un tipo de enzimas denominados glicosidasas.Hay varias y cada una se ocupa de un tipo de modificación (Hipoxantina-ADN glicosidasa, uracil-ADN -glicosidasa, etc.). Cuando estas retiran la base dañada se genera un sitio AP (también se pueden generar sitiosAP por otras causas), que resultaría muy mutagénico si se dejase sin reparar, ya que bloquearía la replicacióno transcripción del ADN en ese punto, por lo que seguidamente interviene una endonucleasa que retira el restode ribosa fosfato del sitio AP, dejando un hueco de un nucleótido que es rellenado inmediatamente por laacción de una polimerasa del ADN, por último la hebra es sellada por la ligasa (Figura 6).Figura 6. Mecanismo de reparación por escisión de base.8.3.2.2 Reparación por escisión de nucleótido o hebraEste mecanismo de reparación es muy similar al anterior, y de hecho comparte con aquél algunos de suselementos moleculares. En una primera etapa, el sistema reconoce el punto de la lesión. Seguidamente actúauna endonucleasa que corta un pequeño fragmento de la hebra que presenta la lesión a ambos lados de lamisma dejando entre el nucleótido afectado y ambos puntos de corte varios nucleótidos. Luego se retira estaporción de la hebra al tiempo que una polimerasa de ADN comienza la síntesis del fragmento que sustituirá aleliminado, tomando como molde la hebra “sana” (Figura 7).
  6. 6. Figura 7. Mecanismo de reparación por escisión de nucleótido. Como en el caso anterior la ligasa sellará la hebra nueva, dejando de esta forma reparada la alteración(en la descripción de estos mecanismos, y para su simplificación, se omiten otras proteínas que intervienen enel proceso, y que son también importantes para que este se lleve a cabo). Son muchas las alteraciones que sereparan por este mecanismo, entre ellas los dímeros de pirimidina, bases alteradas, etc. En bacterias estesistema está muy bien estudiado y se parece mucho al que actúa en levaduras (eucariotas unicelulares), aunqueen estas últimas consta de más elementos y es por ello más complejo. En mamíferos el sistema es similar al delevaduras lo que demuestra que está evolutivamente bien conservado.8.3.3 Mecanismos de reparación por recombinación Este mecanismo es complejo, y a diferencia de los hasta ahora estudiados, utiliza una estrategia derecombinación similar a la que opera en el intercambio de cromátidas que se da en la meiosis, uniendoregiones homólogas de los cromosomas paternos y maternos. El tipo de alteraciones que se reparan medianteeste mecanismo suelen ser aquellas que, por diferentes razones, no permiten disponer de hebra molde (roturade hebras, apareamientos anómalos entre bases, etc.). Este último tipo de anomalía ha de ser reparada antes deque la zona sea replicada por la polimerasa, ya que de no ser así se podría bloquear el proceso replicativo endicho punto o inducir una mutación permanente en la descendencia celular. Si durante la fase S del ciclocelular, la polimerasa de ADN se encuentra una alteración que no ha sido reparada anteriormente, puedeocurrir que introduzca un nucleótido al azar con el consiguiente riesgo de mutación, o continúe su labordejando sin replicar la zona alterada hasta su reparación. En este último caso la solución al problema consisteen retirar la porción de una de las hebras no replicadas y seguidamente sintetizar una hebra nueva de ADN porun mecanismo que toma como molde la hebra complementaria del cromosoma homólogo (Figura 8). Se handescrito varias polimerasas del ADN que participan en la resolución de problemas de este tipo. En generalestas polimerasas no poseen la alta fidelidad de copia de la polimerasa normal (la que replica el genoma en lafase S del ciclo celular), por lo que cabe esperar una tasa de error incrementada con respecto al que presentaesta última, y parece que cada una de ellas se especializa en solucionar un tipo específico de alteración.
  7. 7. Figura 8. Mecanismo de reparación de cromosomas fragmentados. Reparación mediante recombinación. En general la fase S del ciclo celular resulta crítica para la vida de la célula, ya que en ella el materialgenético a replicar ha de estar en las mejores condiciones posibles antes de ser transferida a la descendencia,de tal forma que si dicha copia está muy dañada podría bloquear el proceso replicativo, hasta el punto de quela célula opte por el “suicidio” (apoptosis) para evitar que pasen genes defectuosos a la descendencia. Elmismo sistema que regula la entrada en apoptosis alerta a los mecanismos de reparación de errores en la copiadel ADN celular a transcribir. En caso de que este sistema falle podrían acumularse un número excesivo demutaciones en la célula. En este sistema de control participan numerosas proteínas, aunque una de ellas, ladenominada p53 juega un papel decisivo en el mismo. Una prueba evidente de la importancia de esta proteínaen el control del ciclo celular la tenemos en el hecho de que una de las mutaciones más frecuentes en tumoresafecta a dicha proteína, este aspecto se tratará más en detalle en el siguiente apartado. El sistema de reparación por recombinación homóloga se cree que es utilizado con frecuencia por lacélula para llevar a cabo la reparación de cromosomas rotos. Este tipo de lesión, como ya se ha comentado,puede producirse por ataque de radicales hidroxilo sobre el dúplex de ADN. De no repararse, la presencia detales alteraciones provocará graves daños a la célula, y su descendencia será con toda probabilidad inviabledebido a la pérdida de una cantidad importante de material genético. Por ello la célula es particularmentesensible a este tipo de lesión, y para remediarlo pone en marcha complejos mecanismos de reparación en losque intervienen un elevado número de proteínas.Además de esta estrategia de reparación que se basa en la recombinación homóloga, se sabe que la céluladispone de otra no menos sofisticada (aunque menos estudiada) para reparar el mismo tipo de lesión. En estemecanismo la reparación de la rotura se produce por empalme entre los extremos de los fragmentos del dúplextruncado (Barnes, 2001).

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