MECCANISMI DI RIPARAZIONE

DEL DNA

MUTAZIONI SPONTANEE ED INDOTTE

Il danno al DNA non riparato può portare a mutazioni che causano malattie o morte delle cellule.

Le mutazioni derivano da cambiamenti della sequenza dei nucleotidi del DNA, o da delezioni, inserzioni o riarrangiamenti di sequenze di DNA genomico.

Mutazione spontanea si verifica come risultato di processi naturali che avvengono nelle cellule (errori di replicazione).

Mutazione indotta si verifica come risultato di interazioni del DNA con un agente od un mutageno esterno che provoca un danno al DNA.

MUTAZIONI SPONTANEE ED INDOTTE

Mutazione puntiforme incorporata permanentemente dalla replicazione del DNA

MUTAZIONI SPONTANEE ED INDOTTE

Le mutazioni sono importanti come fonte

principale di variazione genetica cambiamenti

evolutivi.

Le mutazioni possono avere conseguenze deleterie

o (raramente) vantaggiose per un organismo o per i

suoi discendenti.

Gli organismi mutanti sono strumenti importanti

per la caratterizzazione dei geni coinvolti nei

processi cellulari.

Mutazioni puntiformi: mutazioni che alterano

una sola coppia di nucleotidi.

Espansioni delle ripetizioni trinucleotidiche.

Inserzioni o delezioni.

Grandi riarrangiamenti cromosomici.

MUTAZIONI PER SOSTITUZIONE

MUTAZIONI PER SOSTITUZIONE

Le sostituzioni nucleotidiche spontanee tendono ad essere transizioni.

Nel genoma umano il rapporto trans:transv è 2:1.

Effetto fenotipico: se alterano un nucleotide cruciale in una regione di regolazione di un gene, nello stampo di una molecola funzionale di RNA o provochino mutazioni in un gene che codifica per una proteina.

Mutazioni nei geni codificanti per proteine:

Silenti;

Missenso (anemia falciforme: AT TA);

Nonsenso (creazione di un nuovo codone di stop).

MUTAZIONI PUNTIFORMI IN SEQUENZE

CODIFICANTI

Delezione di 3 coppie di nt nel gene CFTR porta

alla perdita del codone della Phe.

ESPANSIONE DELLE RIPETIZIONI

TRINUCLEOTIDICHE

CLASSI GENERALI DEL DANNO AL DNA

Tre classi principali di danno al DNA:

Cambiamenti di singole basi;

Distorsione strutturale;

Danno all’ossatura del DNA.

MUTAZIONI SPONTANEE ED INDOTTE

MUTAZIONI

SPONTANEE

ED INDOTTE

CAMBIAMENTI DI SINGOLE BASI

Deaminazione.

Alchilazione per effetto di agenti alchilanti

come le nitrosammine. O6-metilguanina si

accoppia in modo sbagliato con T.

Ossidazione agenti ossidanti (radiazioni

ionizzanti od agenti chimici che generano radicali

liberi) G diventa OxoG che si puo accoppiare

con A.

MUTAZIONI SPONTANEE ED INDOTTE

MUTAZIONI SPONTANEE ED INDOTTE

DISTORSIONE STRUTTURALE

Le distorsioni strutturali possono impedire la trascrizione e la replicazione

bloccando il movimento delle polimerasi

Addotti voluminosi possono essere indotti da

mutagenesi chimica.

Agenti intercalanti come il bromuro di etidio

contengono diversi anelli policiclici, così che si

inseriscono facilmente tra le basi del DNA

distorsione della doppia elica del DNA.

Analoghi delle basi azotate, come il 5-

bromouracile, un analogo della timina, che però

si può accoppiare a G.

DANNO ALL’OSSATURA DEL DNA

Formazione di siti abasici: idrolisi spontanea del

legame glicosidico tra lo zucchero e la base

azotata (frequente per le purine).

Rottura a doppio filamento indotta da radiazioni

ionizzanti (raggi X, radioisotopi) e da composti

chimici.

Le rotture al doppio filamento sono il tipo più

grave di danno al DNA .

RISPOSTA CELLULARE AL DANNO AL

DNA

Aggiramento del danno.

Inversione del danno.

Rimozione del danno.

Tipo Danno Proteine di riparazione

Aggiramento del danno

Sintesi translesione del DNA Dimero di pirimidina o sito

apurinico

DNA pol. IV e V in E. coli

Pol., , , e negli esseri

umani

Inversione del danno

Fotoriattivazione Dimeri di pirimidina DNA fotoliasi

Rimozione di gruppi metilici O6-Metilguanina Metiltransferasi

Rimozione del danno

Riparazione per escissione

delle basi

Base danneggiata DNA glicosilasi

Riparazione delle basi male

appaiate

Errori di replicazione MutS,MutL, e MutH in E. coli

MutS, MutL e EXO1 negli

esseri umani

Riparazione per escissione dei

nucleotidi

Dimeri di pirimidina

Grandi addotti sulle basi

UvrA, UvrB, UvrC e UvrD in

E. coli

XPA, XPB, XPC, XPD,

ERCC1/XPF e XPG negli

esseri umani

Riparazione per rottura a

doppio filamento

Rotture a doppio filamento RecA e REcBCD in E. coli

Complesso MRN, Rad51,

BRCA1, BRCA2, XRCC3,

ecc. negli esseri umani per la

ricombinazione omologa

Proteine Ku, Artemis/DNA-

PKCS, XRCC4 negli esseri

umani per l’unione non

omologa delle estremità

Sistemi di

Riparazione del

DNA

Modello della

sintesi

translesione

del DNA

Riparazione del DNA mediante

fotoriattivazione

RIPARAZIONE DEL DNA MEDIANTE RIMOZIONE DEI

GRUPPI METILICI

Via di

riparazione

per escissione

delle basi nelle

cellule dei

mammiferi

RIPARAZIONE

DELLE BASI

MALE

APPAIATE

Riparazione delle basi male appaiate

La riparazione delle basi male appiate dipende

da numerosi fattori presenti nelle cellule umane,

fra cui MutS (eterodimero) o MutS, MutL

(eterodimero), esonucleasi EXO1, DNA pol. ,

PCNA, caricatore della pinza (RFC), proteina che

lega il singolo filamento (RPA), e proteina

cromosomica non istonica HMGB1.

Il complesso MutS- MutL sul DNA con

appaiamento sbagliato scatena l’attivazione del

macchinario di riparazione.

Via di riparazione

delle

basi male appaiate

nelle cellule dei

mammiferi

CANCRO COLON-RETTALE EREDITARIO NON

ASSOCIATO A POLIPOSI

L’80% dei cancri del colon è sporadico, mentre un

20% ha una suscettibilità ereditaria alla malattia.

Il cancro colon-rettale non associato a poliposi

(HPNCC) è la forma ereditaria più comune di cancro

colonrettale.

E’ una condizione autosomica dominante dovuta a

mutazioni in uno dei diversi geni della riparazione

delle basi male appaiate.

Le mutazioni nei geni MutS o MutL assommano a

più del 90% delle mutazioni nelle famiglie con

HPNCC.

Progressione verso l’HPNCC:

1. Mutazione germinale in un allele dei geni di

riparazione delle basi male appaiate.

2. Perdita somatica dell’allele normale.

3. Difetto del meccanismo di riparazione delle

basi male appaiate.

4. Accumulo di errori durante la replicazione del

DNA.

5. Instabilità dei microsatelliti.

Via di riparazione

per

escissione dei

nucleotidi

nei mammiferi (endonucleasi)

RIPARAZIONE DELLE ROTTURE A

DOPPIO FILAMENTO

Questi meccanismi operano sia nei procarioti che negli eucarioti.

Il meccanismo di unione non omologa è attivo durante tutto il ciclo cellulare.

L’unione omologa ripara le rotture a doppio filamento a livello delle forcelle di

replicazione.

UNIONE OMOLOGA –RICOMBINAZIONE

OMOLOGA

Proteine coinvolte:

Ser/Thr chinasi nucleare, ATM (trasduttore chiave)

aumenta l’attività di questa chin

asi.

ATM fosforila proteine coinvolte nella riparazione del DNA

(BRCA1) e nel controllo del ciclo cellulare (p53; proteina

che sopprime i tumori).

Localizzazione nei siti di rottura di: ATM, proteina Rad52

il complesso Mre11-Rad52-Nbs1 (MRN) inizia la

riparazione (Mre11: esonucleasi 3’ 5’.

Il DNA a singolo filamento sono riconosciuti da: Rad51.

Altre proteine sono coinvoltenella ricombinazione omologa:

Rad54, Rad55, Rad57, BRCA1 e BRCA2.

STRUTTURA DELLA GIUNZIONE DI

HOLLIDAY

eterodimero

nucleasi