Reparo do Dna

Prévia do material em texto

Gustavo Penna 
Embora o DNA seja um material bastante estável – como 
exigido para o armazenamento da informação genética, 
ele é uma molécula orgânica complexa suscetível a 
alterações espontâneas, mesmo nas condições normais 
da célula, que resultariam em mutações caso não fossem 
corrigidas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
O DNA de cada célula humana perde cerca de 18 mil 
purinas (adenina e guanina) todos os dias em função da 
hidrólise das ligações N-glicosil à desoxirribose, uma 
reação espontânea denominada depurinação. 
 
 
 
 
 
Similarmente, uma desaminação espontânea da citosina 
para uracila no DNA ocorre a uma proporção de 
aproximadamente 100 bases por célula por dia. 
 
 
 
 
 
 
As bases do DNA também são danificadas 
ocasionalmente por metabólitos reativos produzidos na 
célula, incluindo as formas reativas do oxigênio e o 
doador de alta energia S-adenosilmetionina, ou pela 
exposição a produtos químicos no ambiente. 
Da mesma forma, a radiação UV do sol pode produzir 
uma ligação covalente entre duas pirimidinas adjacentes 
no DNA, formando, por exemplo, dímeros de timina. 
 
 
 
 
 
Vias de Reparo 
As células possuem múltiplas vias para o reparo do DNA, 
usando diferentes enzimas que atuam em diferentes tipos 
de lesões. As duas das vias mais comuns são o reparo 
por excisão de bases e o reparo por excisão de 
nucleotídeos. 
As duas vias diferem na maneira pela qual a lesão é 
removida do DNA. A primeira via, denominada reparo 
por excisão de bases, envolve uma bateria de enzimas 
denominadas DNA-glicosilases, cada uma capaz de 
reconhecer um tipo específico de base alterada no DNA 
e de catalisar sua remoção hidrolítica. 
A base alterada é detectada no contexto da projeção do 
nucleotídeo alterado para fora da hélice, em um processo 
que permite que a DNA-glicosilase procure uma lesão em 
todas as faces da base usando a projeção das bases para 
avaliar a situação de cada par de bases. Uma vez 
reconhecida a lesão, a enzima remove a base do açúcar. 
 
 
 
 
 
 
Existem pelo menos seis tipos dessas enzimas, incluindo 
as que removem Cs desaminados, As desaminados, 
diferentes tipos de bases alquiladas ou oxidadas, bases 
com anéis rompidos e bases nas quais a ligação dupla 
carbono-carbono foi acidentalmente convertida em uma 
ligação simples entre os carbonos. 
A “lacuna” criada pela ação da DNA-glicosilase é 
reconhecida por uma enzima chamada endonuclease AP 
(AP para apúrica ou apirimídica, e endo para indicar que 
a nuclease cliva dentro da cadeia polinucleotídica), que 
cliva a cadeia principal fosfodiéster que em seguida é 
clivada novamente por uma fosfodiesterase. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A “lacuna” de um único nucleotídeo é, por sua vez, 
preenchido pela DNA-polimerase e pela DNA-ligase. 
A segunda principal via de reparo é chamada de reparo 
por excisão de nucleotídeos. Esse mecanismo pode 
corrigir uma lesão causada por praticamente qualquer 
alteração volumosa na estrutura da dupla-hélice de DNA. 
Essas “lesões volumosas” incluem aquelas produzidas 
pela ligação covalente de bases do DNA aos 
hidrocarbonetos (como o carcinógeno benzopireno, 
encontrado na fumaça do tabaco, alcatrão e exaustão do 
diesel) e os vários dímeros de pirimidina (T-T, T-C e C-C) 
causados pela luz do sol. 
Nessa via, um enorme complexo multienzimático verifica 
o DNA à procura de distorções na dupla-hélice, em vez 
de uma alteração específica de bases. Uma vez 
encontrada uma lesão, a cadeia fosfodiéster da fita 
anormal é clivada nos dois lados da distorção, e a DNA-
helicase remove o oligonucleotídeo de fita simples 
contendo a lesão. 
O intervalo produzido na hélice de DNA é, então, corrigido 
pela DNA-polimerase e pela DNA-ligase. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uma alternativa aos processos de reparo por excisão de 
bases e de nucleotídeos é usar a química reversa da 
lesão de DNA, e essa estratégia é seletivamente utilizada 
para a remoção rápida de determinadas lesões altamente 
mutagênicas ou tóxicas. Por exemplo, a lesão de 
alquilação O6-metilguanina tem o grupo metila removido 
pela transferência direta a um resíduo de cisteína na 
própria proteína de reparo, que é destruída na reação. Em 
outro exemplo, grupos metil nas lesões de alquilação 1-
metiladenina e 3-metilcitosina são removidos por uma 
 
demetilase dependente de ferro, que libera formaldeído a 
partir do DNA metilado e regenera a base original. 
O acoplamento do reparo por excisão de 
nucleotídeos à transcrição garante que o DNA mais 
importante da célula seja corrigido de maneira 
eficiente 
Todo o DNA celular é constantemente monitorado para 
verificação de lesões, e os mecanismos de reparo 
descritos atuam em todas as partes do genoma. Contudo, 
as células têm uma maneira de direcionar o reparo às 
sequências de DNA em que ele é mais urgentemente 
necessário. 
Quando a RNA polimerase encontra uma lesão no DNA, 
como uma base danificada ou um dímero de timina, ela 
"para" ou pausa no local da lesão e, por meio de proteínas 
acopladoras, direciona a maquinaria de reparo a esses 
sítios. 
DNA-polimerases translesão especiais 
Se o DNA celular estiver extremamente danificado, os 
mecanismos de reparo discutidos anteriormente em geral 
não serão suficientes para corrigi-lo. Nesses casos, uma 
estratégia diferente, que implica risco à célula, é utilizada. 
As DNA-polimerases replicativas altamente precisas 
param quando encontram um DNA danificado, e, em 
emergências, as células empregam polimerases de 
reserva, versáteis, porém menos precisas, conhecidas 
como polimerases translesão, para replicar durante a 
lesão do DNA. 
As células humanas possuem sete polimerases 
translesão, algumas das quais capazes de reconhecer 
um tipo específico de lesão no DNA e adicionar 
corretamente o nucleotídeo necessário para restaurar a 
sequência inicial. Outras fazem “boas adivinhações”, 
especialmente quando a base do molde foi muito 
danificada. Essas enzimas não são tão precisas como as 
polimerases replicativas normais quando copiam uma 
sequência normal de DNA. Por exemplo, as polimerases 
translesão não possuem atividade de correção de leitura 
e são muito menos criteriosas do que as polimerases 
replicativas na escolha do nucleotídeo a ser inicialmente 
incorporado. Por essa razão, essas polimerases 
translesão são capazes de adicionar apenas um ou uns 
poucos nucleotídeos antes que a polimerase replicativa 
de alta precisão continue a síntese de DNA. Elas são 
provavelmente responsáveis pela maioria das mutações 
de substituição de bases e deleção de um único 
nucleotídeo que se acumulam nos genomas. Embora 
geralmente produzam mutações quando o DNA 
danificado é copiado elas provavelmente também 
originem mutações – em menor nível – no DNA não 
danificado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quebras na fita dupla(Estudar) 
 
De acordo com este modelo, uma 
polimerase replicativa estacionária em um 
sítio de DNA danificado é reconhecida pela 
célula como uma situação que precisa de 
resgate. Enzimas especializadas modificam 
de modo covalente a cinta deslizante 
(normalmente ela é ubiquitinada ) que 
libera a DNA-polimerase replicativa e, com 
o DNA danificado, atraem a polimerase 
translesão específica para o tipo de lesão. 
Uma vez que o DNA danificado é 
ultrapassado, a modificação covalente da 
cinta é removida, a polimerase translesão é 
dissociada e a polimerase replicativa volta 
a atuar.