Aulas9e10-MutacoeseReparodoDNA

Mutações gênicas e Reparo

do DNA

Prof

a

_{Renata Canalle}

Universidade Federal do Piauí

Campus Ministro Reis Velloso – Parnaíba

Curso Biomedicina

Mutações

Conceito

• Alterações permanentes e herdáveis (de célula para célula ou de indivíduo

para indivíduo) no material genético

MUDAN

MUDANÇÇA DA FUNA DA FUNÇÇÃO DO ÃO DO PRODUTO GÊNICO (GANHO)

PRODUTO GÊNICO (GANHO) PERDA DA FUNÇPERDA DA FUN_{PRODUTO GÊNICOPRODUTO GÊNICO}ÇÃO DO ÃO DO

Mutações: tipos

Tipos diferentes de mutação

Mutações gênicas ou de ponto – alteração de uma ou poucas bases; alteram a função

de um gene isolado •Adição - inserção •Perda – deleção •Inversão

•Substituição de bases: transição e transversão

Mutações cromossômicas - envolvem alterações de grandes trechos de DNA

Numéricas: Variações do número de cromossomos – aneuploidias

Variações de número de conjuntos de cromossomos – poliploidia Estruturais: alterações na estrutura do cromossomo

aberrações ou anomalias cromossômicas

Mutações

Mutações cromossômicas - envolvem alterações de grandes trechos de DNA

Estruturais: alterações na estrutura do cromossomo

A

B

C

D

A

C

B

D

A

C

D

A

B

C

D

C

A

F

G

H

E

B

C

D

Mutações gênicas ou de ponto

•Transição: purina
purina ou pirimidina
pirimidina

ATGACTGTAGTCTGTGCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência selvagem ATGACTGTAGTCTGTGCCTGTTACGACCCACGGAC
seqüência mutada •Transversão: purina
pirimidina ou vice-e-versa

ATGACTGTAGTCTGTGCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência selvagem

ATGACTGTAGTCGGTGCCTGTTACGACCCTTGGAC
seqüência mutada •Inserção

ATGACTGTAGTCTGTGCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência selvagem ATGACTGTAGTCTGTTGCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência mutada •Deleção

ATGACTGTAGTCTGTGCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência selvagem ATGACTGTAGTCTGGCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência mutada •Inversão

ATGACTGTAGTCTGTGCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência selvagem ATGACTGTAGTCTGGTCCTGTTACGACCCATGGAC
seqüência mutada

A G

T C

A

C

G

T

Mutações gênicas ou de ponto: significado

Mutações em um gene quanto ao significado (efeito)

Mutação silenciosa (sinônima)

MEU

TIO

NÃO

TEM

CÃO

MEU

TIO

NÃO

TEMC

ÃO

MEU

TIO

NÃO

TEMK

ÃO

Sinônima

Mudança na terceira posição do códon – altera o códon, mas não o aa

Mutações: significado

Mutações em um gene

Mutação silenciosa (sinônima)

Mutação de sentido trocado (missense): quando a substituição de base ocasiona a troca de um aminoácido

A maioria das mutações de ponto na primeira ou segunda posição alteram o aa.

Anemia falciforme ÁCIDO GLUTÂMICO G A A G A G VALINA G U A G U G proteína defeituosa – hemoglobina S

Mutações diretas Mutações reversas Mutações neutras

Mutações: significado

Mutações em um gene

Mutação silenciosa (sinônima)

Mutação de sentido trocado (missense)

Mutação sem sentido (nonsense): quando a substituição troca um códon especificador de aa por um códon finalizador (de parada); finaliza prematuramente a síntese protéica; sem atividade biológica normal

MEU

TIO

NÃO

TEM

CÃO

MEU

TIO

NÃO

TEM*

ÃO

Mutações: significado

Mutação sem sentido (nonsense): quando a substituição troca um códon especificador de aa por um códon finalizador (de parada); finaliza prematuramente a síntese protéica; sem atividade biológica normal

Mutações: significado

Mudança de matriz de leitura

(frameshift)

M

A

E

UTI

ONÃ

OTE

MCÃ

O

A

MEU

TIN

ÃOT

EMC

ÃO

O

Inserção de base

Deleção de base

Mutações em um gene

Mutação silenciosa (sinônima)

Mutação de sentido trocado (missense) Mutação sem sentido (nonsense)

Mudança de matriz de leitura (frameshift): inserção e deleção alteram toda a leitura do código genético (trincas); proteína perde a função completamente

Mutações: significado

Mutações em um gene

Mudança de matriz de leitura (frameshift): inserção e deleção alteram toda a leitura do código genético (trincas); proteína perde a função completamente

Mutações: somáticas X germinativas ou gaméticas

MUTA

MUTAÇ

ÇÃO

ÃO

EM C

EM CÉÉLULAS REPRODUTIVAS LULAS REPRODUTIVAS (

(ÓÓVULOS OU ESPERMATOZVULOS OU ESPERMATOZÓÓIDE)IDE)

DOEN

DOENÇÇAS CARDAS CARDÍÍACASACAS OUTRAS ENFERMIDADES OUTRAS ENFERMIDADES MORTE CELULAR MORTE CELULAR CÂNCER CÂNCER ENVELHECIMENTO ENVELHECIMENTO DEFEITOS AO NASCIMENTO DEFEITOS AO NASCIMENTO DOEN

DOENÇÇAS GENAS GENÉÉTICAS, ABORTOTICAS, ABORTO

diminui

diminuiçção da fertilidadeão da fertilidade

EM C

EM CÉÉLULAS NÃO REPRODUTIVAS LULAS NÃO REPRODUTIVAS

(C

(CÉÉLULAS SOMLULAS SOMÁÁTICAS TICAS ––PELE OU ORGÃOS )PELE OU ORGÃOS )

Podem ser transmitidas à prole Não são transmitidas à prole ZIGOTO, EMBRIÃO,

Mutações: etiologia

•

Espontâneas

(sem causa conhecida)

- lesões espontâneas

- erros de replicação (

fonte de variabilidade

– evolução)

- taxa de mutação humana: 1 a cada 10

5

_{a 10}

6

_{cópias/locus/geração}

- Acondroplasia

•

Induzidas

(quando ocorrem em freqüência aumentada pela ação de mutagênicos)

- exposição a fatores ambientais

agentes físicos: radiações ionizantes, radiações ultravioleta

agentes químico: carcinógenos químicos

Mutações espontâneas

a) Espontânea: por erros na duplicação

Tautômeros (formas diferentes das bases):

isômeros que diferem nas posições de seus átomos e nas ligações entre os átomos

Formas amino e ceto : mais comum

Formas imino e enol : raras; mal pareamento

mudança do ponto de ligação de um átomo de

hidrogênio (H)

isômeros: mesma composição e propriedades diferentes

Mutações espontâneas

Adenina Timina

Guanina Citosina

a) Espontânea: por erros na duplicação

Forma imino rara de citosina Forma rara da Timina (enol) Forma rara da A (imino) Forma rara da G (enol)

Tautômeros (formas diferentes das bases):

isômeros que diferem nas posições de seus átomos e nas ligações entre os átomos

Formas amino e ceto : mais comum

Mutações espontâneas

Mutações espontâneas

a) Espontânea: Lesões espontâneas

Depurinação espontânea do DNA

Interrupção da ligação glicosídica

Perda da guanina

uma célula de mamífero:

perde espontaneamente cerca de 10.000 purinas do DNA (período de geração

Pareia-se

com A

Oxidação de bases

Desaminação espontânea da citosina e 5-metilcitosina

Perda do radical NH

₂

Espécies reativas de oxigênio (O₂-_,

H₂O₂, OH-_{) podem ser geradas}

pelo próprio metabolismo

C-G U(T)-A C-G T-A Substituição do pb

Mutações espontâneas

transição transição G→T transversão

citosina metilada (ilhas CpG) “hot-spot” para mutações

Mutágenos

: agentes físicos ou químicos que podem induzir

mutações no DNA

Mecanismos de indução de mutações :

•Troca de bases

•Alteração de bases (que se pareará erroneamente com outra)

•Danificação de bases (não ocorre pareamento)

•Intercalação entre os nucleotídeos (inserções ou deleções)

Origem das mutações induzidas



Mutágenos químicos podem ser divididos em 2 grupos

 Os que causam dano tanto ao DNA replicante quanto ao não-replicante

 Os que só danificam o DNA durante a replicação

•Ácido nitroso

• Corantes de acridina (intercalantes)

• Análogos de bases (5-bromouracila e 2-aminopurina)

Mutações induzidas por substâncias químicas

a) Incorporação de análogos de bases

Análogos de bases : suficientemente semelhantes a base normal para

serem incorporados no DNA, mas com propriedades diferentes

5-bromouracil

análogo da timina forma enólica forma ceto

A – T

muda para

G – C

(transição)

Replicação seguinte

Derivada da timina: grupamento metila substituído por bromina (-Br)

G:C

A:T

ou

b) Modificação das bases

Alguns mutágenos modificam as bases no DNA, de modo que estas irão se

parear erroneamente. Ex. :

agentes alquilantes

(EMS, MMS), ácido nitroso

Etil-metano-sulfonato

Metil-metano-sulfonato

Ácido nitroso (HNO

₂

)

Pareia com C

Pareia com G

adição de grupo etila Transições A:T



G:C G:C



A:T

Metilação da Guanina na replicação

c) Agentes intercalantes

Moléculas planares que mimetizam pares de bases podem se intercalar na

dupla hélice; Ex.: corante acridina orange; brometo de etídio, proflavina

Durante a replicação do DNA ocorre

distorção da hélice e mudanças na matriz

de leitura – adição ou deleção de bases

d) Agentes físicos : luz ultravioleta (UV) e radiação ionizante

UV

Dímeros de pirimidina Favorecem a inserção de bases erradas, deformam o DNA G C A T C G A T T A G C A T C G G C A T A T T A T A T A T A p+

e-Efeito direto

H₂O HO

-Efeito indireto

p+

e-Radiação ionizante

Quebras Oxidação de bases, erro no pareamento

•Menos energéticas, comprimento de onda maior •Principal efeito mutagênico: formação de ligações entre duas moléculas adjacentes de timina

•Mutações pontuais (somáticas); câncer de pele •Xeroderma pigmentoso: defeito no mecanismo de reparo por excisão de nucleotídeos (falta de endonuclease)

Fotodímero ciclobutano

•Radiações de alta energia: raios X, gama, raios cósmicos, partículas emitidas por elementos radioativos (rochas)

Liberação de elétrons

•Dose de 300-500 rads corpo inteiro: fatal

•Dose – efeito cumulativo no organismo; gametas; cromossomos mais sensíveis (defeito estrutural); leucemias, câncer tireóide

•Exposição ocupacional: gônadas não exceda 50r até os 30 anos

d) Agentes físicos : luz ultravioleta (UV) e radiação ionizante

UV

Dímeros de pirimidina Favorecem a inserção de bases erradas, deformam o DNA Fotodímero ciclobutano

d) Agentes físicos : luz ultravioleta (UV) e radiação ionizante



Xeroderma pigmentoso: defeito no mecanismo de reparo por excisão de

nucleotídeos (falta de endonuclease que remove os dímeros de timina)

Efeitos fenotípicos da doença hereditária xeroderma pigmentoso. Pessoas com esta doença maligna desenvolvem amplos tumores de pele após exposição ao sol: a luz UV promove o aparecimento anormal de mortes celulares e aumento de câncer de pele

Expansão de repetições de trinucleotídeos

Expansão de repetições de trinucleotídeos



Repetições de nucleotídeos podem causar erros na replicação do DNA

(CGG no sítio FRAXA cromossomo X – síndrome do X frágil)

FONTES DE MUTÁGENOS PARA O HOMEM

Endógeno Radicais livres de oxigênio

Ocupacional Compostos petroquímicos, raios X (radiologia médica)

Dieta Cozimento de alimentos - aminas heterocíclicas

Conservantes, Contaminantes – aflatoxina (amendoins/fungo)

Estilo de vida Tabaco, Sol (luz UV)

Medicamento Antineoplásicos

Radiação Raios X, radioterapia, testes nucleares, radioisótopos (iodo 131) para localização de tumores da tireóide

Poluição Efluentes industriais, gases de veículos, agrotóxicos

Biológico Infecção crônica por vírus, bactérias ou parasitas

• Manutenção das informações do DNA (integridade genética)

• Resposta envolve uma variedade de proteínas e complexos enzimáticos –

percorrem o DNA à procura de danos

• Estima-se que menos de 1 em um milhão de lesões ao DNA torne-se uma

mutação

• Cada nova cópia de DNA tem apenas 1 erro por bilhão de nt

• Células – múltiplos sistemas de reparo; redundância

Essencialidade

Diversidade de origem dos danos

Mecanismos de reparo do DNA

Mecanismos de Reparo do DNA



Reparo dependente de luz ou fotorreativação (direto)

DNA-fotoliase e alquiltransferase Ausente em mamíferos



Reparo por excisão (de bases alteradas)

mecanismo de excisão de bases (BER, base excision repair) e mecanismo de excisão de nucleotídeos (NER, nucleotide excision repair); operam no escuro



Reparo de mau pareamento (mismatch repair)

nucleotídeos inseridos erradamente que escapam da revisão 3’→5’



Reparo pós-replicação

processo de reparo dependente de recombinação

Mecanismos de reparo do DNA

Mecanismos de Reparo do DNA

Reparo dependente de luz ou reparo direto

- DNA fotoliase – reconhece dímeros de timina no DNA; ativada pela luz

- DNA fotoliase – dois co-fatores que absorvem luz (crómoforos) → energia para clivagem - não substituem nucleotídeos alterados, apenas mudam de volta a suas estruturas originais

liga-se no escuro

Corta também:

Reparo dependente de luz ou reparo direto

Quando a luz ultravioleta é usada para induzir mutações em

bactérias, as células irradiadas são cultivadas no escuro por

algumas gerações para maximizar a frequência de mutação

Reparo por excisão de bases - BER

endonuclease reconhece a base danificada

- Iniciado por qualquer DNA-glicosilases (uracil glicosilase); remove bases modificadas do açúcar desoxirribose, deixando intacta a estrutura açúcar-fosfato

- lesões causadas por agentes alquilantes (transferência de grupos metil ou etil), bases anormais quimicamente modificadas: desaminação, oxidação

Pelo menos 3 etapas:

1a

2a

3a

Sítios apurínicos ou apirimidínicos (sítios AP)

(I)

Instabilidade natural da citosina

Reparo por excisão de nucleotídeos - NER

- Remove lesões maiores, como dímeros de timina, distorcem a dupla hélice; danos oxidativos - Uma única nuclease (excinuclease), cortes nos dois lados do nt danificado

- produto de três genes: uvrA, uvrB e uvrC (reparo de UV)

humanos: XPA, 24-32 nt, DNA-polimerase δou ε

Reparo global

Reparo acoplado a transcrição

Abertura do DNA

Reconhecimento

do dano

Incisão do dano

Síntese de DNA

Reparo por excisão de nucleotídeos - NER

humanos:

XPA, 24-32 nt,

DNA-polimerase δ

ou ε

Envolve cerca de 4

vezes mais proteínas

Atividade de

excinuclease contém

15 polipeptídeos: XPA,

Reparo por excisão de nucleotídeos - NER

Reparo por mau pareamento (

mismatch repair)

- Suporte a revisão replicativa de exonuclease 3’ → 5’ das DNA-polimerases

- Diferencia fita-molde da nova (base correta/errada) - padrão de metilação do DNA recém-replicado (filamento parental marcado com CH_{3 ligado a adeninas → 5’-GATC-3’)}

- Repara uma região de até 1.000 pb a partir da seqüência 5’-GATC-3’

- produto dos genes: mutS, mutL e mutH (detectam alças de mau pareamento)

3’ _5’

até 1.000 pb

mutH ou

DNA polimerase III

Reparo pós-replicação ou por recombinação

- funciona na ausência dos mecanismos anteriores de reparo

- DNA-polimerase encontra T-T filamento molde → progresso bloqueado - não remove lesões; dependente de recombinação homóloga: gene recA

• T-T removido pelo sistema NER

• Caso contrário: reparo pós-replicação repetido depois de cada rodada de replicação do DNA