Control del Ciclo Celular y Reparación del ADN. Depto. Biofísica Facultad de Medicina

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Control del Ciclo Celular y

Reparación del ADN

Depto. Biofísica

Facultad de Medicina

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• La transición de una fase del ciclo a la siguiente requiere que se completen una serie de eventos:

 bioquímicos

 morfológicos y

 genéticos

• Son genes que controlan la inducción y activación de

complejos ciclina-cdk.

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• A través de la citometría de flujo se puede estudiar la respuesta a diversos agentes en poblaciones celulares normales y mutantes.

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El ADN de una célula está igualmente expuesto a agentes

exógenos que lo pueden dañar de forma directa o indirecta.

Para evitar la inestabilidad genómica que comprometa la

sobrevida celular, los eucariotas cuentan con un mecanismo de

vigilancia.

El

checkpoint,

que coordina e integra los diferentes aspectos de

la respuesta celular frente a la presencia de lesiones en el

genoma.

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Él checkpoint cuenta con una serie de sensores que detectan el daño y generan una señal que, mediante la acción de proteínas adaptadoras, se transmite hasta los efectores.

Finalmente, los efectores actúan sobre una serie de dianas, distintas dependiendo de la fase del ciclo celular en la que se produce el daño, que son las responsables de las diferentes respuestas celulares.

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Entre las respuestas derivadas de la activación del checkpoint se encuentran: •El bloqueo o retraso de la progresión del ciclo celular hasta que se complete la reparación del daño que causó la activación del checkpoint.

•La activación de la reparación a distintos niveles, como son la inducción transcripcional de genes de reparación, activación directa de proteínas de reparación y relocalización de factores de reparación hacia los sitios de daño. •La estabilización de las horquillas de replicación que detuvieron su avance por las lesiones, así como la regulación de la reanudación de la síntesis de ADN después de eliminar el daño.

•En el caso de eucariotas superiores, la activación de rutas de apoptosis

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• Las células tumorales descienden de un ancestro común por el inicio indebido de un programa de división celular.

• La transformación maligna de una célula acontece por acumulación de mutaciones en genes específicos agrupados en 2 familias:

Protooncogenes: dirigen la producción de proteínas como ciclinas y factores de crecimiento, que estimulan la proliferación celular. Cuando mutan se transforman en oncogenes, orquestando la multiplicación anárquica de las células.

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Supresores tumorales: que en el organismo sano controlan la proliferación celular.

Cuando no están presentes o se encuentran inactivos por mutaciones, las células dejan de crecer normalmente y adquieren propiedades proliferativas anormales.

• Los supresores tumorales frenan la progresión del ciclo en forma reversible o irreversible, a través de la inhibición directa o indirecta de los complejos ciclina-cdk.

• Gen p53 (control G1/S): desempeña un papel importante en apoptosis y control del ciclo celular. Su mutante luego de irradiada no detiene su progresión en el ciclo (mutación, amplificación génica y transformación maligna).

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• Una vez activado p53:

 o bien podrá inducir un paro en el cc para permitir la reparación

 o inducirá apoptosis para eliminar el daño en la célula.

Síndrome de Li-Fraumeni: los individuos con este síndrome tienen un mayor riesgo para desarrollar cánceres primarios múltiples, donde un 50% de los pacientes muestran una mutación del genTP53.

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Detención del ciclo celular en G1 por inducción de

p21

Tiempo para reparar los daños producidos en el ADN antes de

entrar a S

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• Las lesiones producidas en el ADN por distintos agentes pueden repararse con cierta probabilidad, dependiendo de factores:

 genéticos

 metabólicos

 ambientales

• Involucran sistemas enzimáticos y se encuentran presentes desde virus hasta mamíferos, incluso células tumorales.

Importancia de la reparación:

 estabilidad del genoma

 mutagénesis – biodiversidad

 envejecimiento (acumulación de errores)

 transformación maligna

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Mecanismos simples de reparación (reversión directa del daño). Dentro de este se encuentra:

 Reparación por foto-reactivación.

 Reparación de bases alquiladas.

Mecanismos complejos de reparación:

 Reparación escisional (de nucleótido, de base, de base mal apareadas).

 Reparación recombinacional.

 Reparación post-replicativa.

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Reparación por Foto-reactivación

Repara dímeros de bases producidos por UV, a través de la absorción de luz visible para romper los enlaces covalentes.

• Las enzimas asociadas son

fotoliasas que reconocen la lesión.

• Conservada en la escala biológica desde virus a mamíferos (no presente en humanos).

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Reparación de Bases Alquiladas

• La metilación de la guanina, cuyo producto O6-metilguanina, forma pares de bases complementarias con la timina, en lugar de citosina.

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• Repara lesiones producidas por

radiación UV, roturas simples y de doble cadena.

• Implica:

 Reconocimiento y

demarcación de la lesión

 Separación del segmento marcado

 Corte del segmento

 Síntesis de nueva porción por polimerasas

 Unión a la cadena por ligasas

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• En humanos, el trastorno conocido como Xeroderma pigmentosum se caracteriza por la incapacidad de reparar los dímeros de timina producto de la exposición a UV.

• Mutación autosómica recesiva. • Se caracteriza por:  Hipersensibilidad a radiaciones UV.  Alta incidencia de cáncer de piel.

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• El Síndrome de Cockayne puede servir como elemento de conexión entre dos modelos actuales que explican el

envejecimiento:

deficiencia en la reparación (con baja probabilidad de error)

acumulación de lesiones por radicales libres (principalmente en genoma e interfases: membranas mitocondrial y nuclear).

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•El reconocimiento de los desapareamientos se basa en la

distorsión de la doble hélice.

•Se reconoce la hebra recién sintetizada y se elimina la base mal apareada.

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• Involucrada en la reparación de roturas dobles de cadena (DSBs) en el ADN producidas por radiaciones ionizantes y radiomiméticos.

• El modelo actual implica el reconocimiento de las DSBs por complejo enzimático ATP-dependiente, catalizando el intercambio entre secuencias homólogas.

• En las células eucariotas es necesaria la presencia de las proteínas Ku que permiten el intercambio con secuencias no homólogas (lo que llevaría a la mutación).

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• Reconoce errores en la hebra de ADN recientemente sintetizada y sin metilar.

• En procariotas este tipo de reparación se llama respuesta SOS y se pone en marcha para resolver un daño tan grave que la muerte celular es la única alternativa.

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• Entre los más importantes a nivel poblacional:

 Análisis de sobrevida y rendimiento mutagénico en función de la dosis

 Distintos tipos de lesiones pueden detectarse con electroforesis de distintos tipos y cromatografía

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EPR: reparación con error, EFR: reparación sin error. Los signos (-) indican deficiencias de reparación (mutantes).

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• La comparación de cepas salvajes con mutantes sensibles a nivel de sobrevida y mutagénesis permite sacar conclusiones sobre:

 los sistemas de reparación involucrados y su magnitud

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• La técnica de electroforesis por campos pulsados transversales y alternados (TAFE) permite detectar dobles roturas de cadena en el ADN.

 se hace migrar el ADN de células tratadas y no tratadas sobre una matriz en respuesta a un campo eléctrico

 el número de DSBs dependerá de la relación entre los picos (tratados vs controles) asumiendo la distribución de Poisson).

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Densitogramas de ADN y corrida correspondiente, t = 0h.

control (wt, mutantes)

wt +[BLM] = 0.5 µg/ml

chk1/chk1 +[BLM] = 0.5 µg/ml

Figure

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