Diferencia clave: reparación de desajustes frente a reparación por escisión de nucleótidos
Decenas y miles de daños en el ADN ocurren en la célula por día. Induce cambios en los procesos celulares como la replicación, la transcripción y la viabilidad de la célula. En algunos casos, las mutaciones causadas por estos daños en el ADN pueden provocar enfermedades nocivas como cánceres y síndromes asociados con el envejecimiento (p. ej., progeria). Independientemente de estos daños, la célula inicia un mecanismo de reparación en cascada altamente organizado llamado respuestas al daño del ADN. Se han identificado varios sistemas de reparación de ADN en el sistema celular; estos se conocen como reparación por escisión de bases (BER), reparación por desajuste (MMR), reparación por escisión de nucleótidos (NER), reparación por rotura de doble hebra. La reparación por escisión de nucleótidos es un sistema muy versátil que reconoce las lesiones voluminosas del ADN con distorsión helicoidal y las elimina. Por otro lado, la reparación de desajustes reemplaza las bases mal incorporadas durante la replicación. La diferencia clave entre la reparación de desajustes y la reparación por escisión de nucleótidos es que la reparación por escisión de nucleótidos (NER, por sus siglas en inglés) se usa para eliminar los dímeros de pirimidina formados por la radiación UV y las lesiones voluminosas de hélice causadas por aductos químicos, mientras que el sistema de reparación de desajustes juega un papel importante en la corrección de bases mal incorporadas que tienen escapó de las enzimas de replicación (ADN polimerasa 1) durante la posreplicación. Además de las bases no coincidentes, las proteínas del sistema MMR también pueden reparar los bucles de inserciones/eliminaciones (IDL) que son el resultado del deslizamiento de la polimerasa durante la replicación de secuencias repetitivas de ADN.
¿Qué es la reparación por escisión de nucleótidos?
La característica más destacada de la reparación por escisión de nucleótidos es que repara los daños de nucleótidos modificados causados por distorsiones significativas en la doble hélice del ADN. Se observa en casi todos los organismos que se han examinado hasta la fecha. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleasas) Uvr D (una helicasa) son las enzimas más conocidas involucradas en la NER que desencadenan la reparación del ADN en el organismo modelo Ecoli. El complejo enzimático de múltiples subunidades Uvr ABC produce los polipéptidos Uvr A, Uvr B, Uvr C. Los genes codificados para los polipéptidos antes mencionados son uvr A, uvr B, uvr C. Las enzimas Uvr A y B reconocen colectivamente la distorsión inducida por daño que se produce en la doble hélice del ADN, como los dímeros de pirimidina debido a la radiación UV. Uvr A es una enzima ATPasa y esta es una reacción autocatalítica. Luego, Uvr A abandona el ADN, mientras que el complejo Uvr BC (nucleasa activa) escinde el ADN en ambos lados del daño que catalizó ATP. Otra proteína llamada Uvr D codificada por el gen uvrD es una enzima helicasa II que desenrolla el ADN que resulta de la liberación de un segmento de ADN dañado de cadena sencilla. Esto deja un hueco en la hélice del ADN. Después de extirpar el segmento dañado, queda un espacio de 12-13 nucleótidos en la cadena de ADN. Este se llena con la enzima ADN polimerasa I y la muesca se sella con la ADN ligasa. Se requiere ATP en tres pasos de esta reacción. El mecanismo NER también se puede identificar en humanos similares a mamíferos. En los humanos, la condición de la piel llamada xeroderma pigmentoso se debe a los dímeros de ADN causados por la radiación ultravioleta. Los genes XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF y XPG producen proteínas para reemplazar el daño del ADN. Las proteínas de los genes XPA, XPC, XPE, XPF y XPG tienen actividad nucleasa. Por otro lado, las proteínas de los genes XPB y XPD muestran actividad helicasa análoga a Uvr D en E coli.
Figura 01: Reparación de escisión de nucleótidos
¿Qué es la reparación de errores de coincidencia?
El sistema de reparación de desajustes se inicia durante la síntesis de ADN. Incluso con la subunidad funcional €, la ADN polimerasa III permite la incorporación de un nucleótido erróneo para la síntesis cada 108 pares de bases. Las proteínas de reparación de desajustes reconocen este nucleótido, lo eliminan y lo reemplazan con el nucleótido correcto responsable del grado final de precisión. La metilación del ADN es fundamental para que las proteínas MMR reconozcan la hebra principal de la hebra recién sintetizada. La metilación del nucleótido de adenina (A) en un motivo GATC de una cadena recién sintetizada se retrasa un poco. Por otro lado, el nucleótido de adenina de la cadena principal en el motivo GATC ya se ha metilado. Las proteínas MMR reconocen la hebra recién sintetizada por esta diferencia de la hebra principal y comienzan la reparación de errores de emparejamiento en una hebra recién sintetizada antes de que se metile. Las proteínas MMR dirigen su actividad de reparación para extirpar el nucleótido equivocado antes de que la hebra de ADN recién replicada se metile. Las enzimas Mut H, Mut L y Mut S codificadas por los genes mut H, mut L, mut S catalizan estas reacciones en Ecoli. La proteína Mut S reconoce siete de los ocho posibles pares de bases con errores de emparejamiento, excepto C:C, y se une en el sitio del error de emparejamiento en el ADN dúplex. Con ATP unidos, Mut L y Mut S se unen al complejo más tarde. El complejo transloca unos pocos miles de pares de bases hasta que encuentra un motivo GATC hemimetilado. La actividad de nucleasa latente de la proteína Mut H se activa una vez que encuentra un motivo GATC hemimetilado. Corta la hebra de ADN no metilada dejando una muesca 5' en el nucleótido G del motivo GATC no metilado (hebra de ADN recién sintetizada). Luego, Mut H corta la misma hebra en el otro lado del desajuste. En el resto de los pasos, las acciones colectivas de Uvr D, una proteína helicasa, Mut U, SSB y exonucleasa I, eliminan el nucleótido incorrecto en el monocatenario. ADN. El espacio que se forma en la escisión se llena con la ADN polimerasa III y se sella con la ligasa. Se puede identificar un sistema similar en ratones y humanos. La mutación de hMLH1, hMSH1 y hMSH2 humanos está implicada en el cáncer de colon hereditario sin poliposis que desregula la división celular de las células del colon.
Figura 02: Reparación de errores de coincidencia
¿Cuál es la diferencia entre la reparación de desajustes y la reparación por escisión de nucleótidos?
Reparación de desajustes frente a reparación por escisión de nucleótidos |
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| El sistema de reparación de errores de coincidencia se produce durante la replicación posterior. | Esto está involucrado en la eliminación de dímeros de pirimidina debido a la radiación ultravioleta y otras lesiones del ADN debido al aducto químico. |
| Enzimas | |
| Es catalizada por Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB y exonucleasa I. | Es catalizada por las enzimas Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Metilación | |
| Es fundamental iniciar la reacción. | No se requiere la metilación del ADN para iniciar la reacción. |
| Acción de las enzimas | |
| Mut H es una endonucleasa. | Uvr B y Uvr C son exonucleasas. |
| Ocasión | |
| Esto sucede específicamente durante la replicación. | Esto sucede cuando se expone a los rayos ultravioleta o mutágenos químicos, no durante la replicación |
| Conservación | |
| Está muy conservado | No está muy conservado. |
| Relleno de huecos | |
| Lo realiza la ADN polimerasa III. | Lo hace la ADN polimerasa I. |
Resumen: reparación de desajustes frente a reparación por escisión de nucleótidos
La reparación de desajustes (MMR) y la reparación por escisión de nucleótidos (NER) son dos mecanismos que tienen lugar en la célula para rectificar los daños y distorsiones del ADN causados por varios agentes. Estos se denominan colectivamente como mecanismos de reparación del ADN. La reparación por escisión de nucleótidos repara los daños de los nucleótidos modificados, típicamente aquellos daños significativos de la doble hélice del ADN que ocurren debido a la exposición a la radiación ultravioleta y aductos químicos. Las proteínas de reparación de errores de emparejamiento reconocen el nucleótido incorrecto, lo eliminan y lo reemplazan con el nucleótido correcto. Este proceso es responsable del grado final de precisión durante la replicación.
