Meccanismi di riparazione del DNA - .Tipo Danno Proteine di riparazione Aggiramento del danno Sintesi

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  • MECCANISMI DI RIPARAZIONE

    DEL DNA

  • MUTAZIONI SPONTANEE ED INDOTTE

    Il danno al DNA non riparato pu 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 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 allossatura 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, cos 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 per

    si pu accoppiare a G.

  • DANNO ALLOSSATURA 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 pi

    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 lunione non

    omologa delle estremit

    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 lattivazione del

    macchinario di riparazione.

  • Via di riparazione

    delle

    basi male appaiate

    nelle cellule dei

    mammiferi

  • CANCRO COLON-RETTALE EREDITARIO NON

    ASSOCIATO A POLIPOSI

    L80% dei cancri del colon sporadico, mentre un

    20% ha una suscettibilit ereditaria alla malattia.

    Il cancro colon-rettale non associato a poliposi

    (HPNCC) la forma ereditaria pi 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

    pi del 90% delle mutazioni nelle famiglie con

    HPNCC.

  • Progressione verso lHPNCC:

    1. Mutazione germinale in un allele dei geni di

    riparazione delle basi male appaiate.

    2. Perdita somatica dellallele normale.

    3. Difetto del meccanismo di riparazione delle

    basi male appaiate.

    4. Accumulo di errori durante la replicazione del

    DNA.

    5. Instabilit 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 attivo durante tutto il ciclo cellulare.

    Lunione 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 lattivit 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