Mutações

SÍNDROMES DE PREDISPOSIÇÃO AO CÂNCER E MECANISMOS DE REPARO DO

DNA

Profa. Dra. Ana Elizabete Silva

SOBREVIVÊNCIA E REPRODUÇÃO ESTABILIDADEGENÉTICA

REPLICAÇÃO PRECISA DO DNA

REPARO DO DNA

Aberrações cromossômicas: mudança no genoma

Mutações no DNA: doenças genéticas (câncer)

Falhas

MUTAÇÃO: qualquer mudança na sequência de nucleotídeos ou

arranjo do DNA

Células germinativas: Mutação herdável

Células somáticas: Mutação somática

•Mutações genômicas: numéricas (aneuploidias)

•Mutações cromossômicas: estruturais

•Mutações gênicas: mutação de ponto-Mutação de sentido trocado (missense)-Mutação sem sentido (nonsense)-Mutação de processamento de RNA:destroem sítios

consenso de corte; cap, poliadenilação, criam sítios crípticos: códons finalizadores e mudança de matriz de leitura (frameshift)

-Mutações reguladoras: afetam a ligação de fator de transcrição e controle transcricional

CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES

BASE MOLECULAR DAS BASE MOLECULAR DAS MUTAÇÕES GÊNICASMUTAÇÕES GÊNICAS

Mutações Mutações espontâneasespontâneas

Mutações Mutações induzidasinduzidas

Agente Agente mutagênmutagên

icoico

naturnaturaisais

MUTAÇÃO ESPONTÂNEA ausência de um tratamento com mutágeno: fonte de

variação genética Frequência baixa: uma célula em 105 a 108

Mecanismos: erros na replicação do DNA lesões espontâneas: desaminação, depurinação e danos

oxidativos (radicais superóxido-O2; peróxido de hidrogênio- H2O2; radicais hidroxila-OH)

elementos genéticos de transposição

C→U transição GC →AT

Perda de base púrica A e G

•PERDA DE BASES:

Depurinação: 5.000 bases púricas (A e G)/dia/célula

Desaminação: 100 bases C >U/dia/célula

•REPLICAÇÃO: DNA pol: 1 base errada na cadeia filha/10 milhões pb

•REVISÃO DE PROVA “PROOFREADING”: corrige 99,9% dos erros de replicação

•TAXA DE MUTAÇÃO (erros de replicação): muito baixa 10-10 por pb/divisão

•GENOMA DIPLÓIDE HUMANO: ~ 6x109 pb do DNA → menos 1 mutação de pb/divisão

LESÕES ESPONTÂNEAS: ERROS DE REPLICAÇÃO DO DNA

PREVENÇÃO DE ERROS

Alguns sistemas enzimáticos neutralizam compostos potencialmente danosos, antes que reajam com o DNA

Exemplos: desintoxicação de radicais superóxido produzidos durante os danos oxidativos

a-  Enzima superóxido dismutase catalisa a conversão dos radicais superóxido peróxido de hidrogênio

b-  Enzima catalase converte peróxido de hidrogênio em água

MUTAÇÕES INDUZIDAS

Agentes químicos:

•Análogos de bases: 5-BrdU

•Alcilantes: EMS

•Intercalantes: acridina orange

Agentes físicos:

•Radiação UV

•Radiação ionizante: raios X, gama

Agentes biológicos:

•Vírus mutação insercional

TERMINOLOGIA Agentes genotóxicos: atuam sobre o genoma Mutagênicos: causam mutações de ponto Clastogênicos: causam alterações na estrutura

cromossômica Carcinogênicos: aumentam o risco de

aparecimento de tumores Turbagênicos (aneugênicos): atuam nos

processos envolvidos no fuso celular (aneuploidias)

Citotóxicos: morte celular

MUTAGENICIDADE: PRODUTOS NATURAIS

“Se bem não fizer, mal não faz?” Virtualmente, todas as substâncias químicas podem

causar efeitos adversos à saúde quantidade absorvida e metabolismo

Portaria do Ministério da Saúde/2000: todos os fitoterápicos devem ser estudados quanto ao seu potencial mutagênico

Resultados positivos: Aloe vera (babosa)Schinus terebintifolius (aroeira)Ocotea dukei (louro-de-cheiro)

AGENTES MUTAGÊNICOS: ALIMENTOS NATURAIS

Compostos sintetizados pelos vegetais:

-alcalóides: morfina, papaverina e narcotina:

extraídas do ópio da papoula

-cafeína e teofilina: chás e café

-folhas e raízes de confrey: hepatocarcinoma

-aji-no-moto: glutamato de monossódico (cana-de-

açúcar)

-própolis: contém quercetina (flavonóide)

ALIMENTOS PROCESSADOS Frituras de alimentos e torrefação:formam HAP

Rancificação de óleos (aquecimento sucessivo):

formam HAP

Armazenamento de grãos: contaminação por fungos

-aflatoxina: Aspergillus flavus

(amendoim)

-furocumarinas: contidas em cogumelos

Conservantes: nitratos e nitritos

Quebra a ligação entre a base e o açúcar sítio apurínico

PREDISPOSIÇÃO GENÉTICA AO CÂNCER

SÍNDROMES DO CÂNCER HEREDITÁRIO:

•Herança de um gene mutante (supressor de tumor)

•Mutação do 2o. alelo nas células somáticas

•Padrão autossômico dominante

•Manifestação do câncer na infância, tumores múltiplos e bilaterais

CÂNCERES FAMILIAIS:

•Ocorrem mais frequentemente em algumas familias, sem um padrão de herança bem definido

•Dois ou mais parentes próximos afetados

•Herança multifatorial??? Alelos múltiplos contribuindo com pequeno aumento no risco do tumor

•Instalação precoce do câncer, tumores múltiplos e bilaterais

SÍNDROMES DO REPARO DEFEITUOSO DO DNA:

•Instabilidade do DNA defeitos no reparo do DNA Síndromes de instabilidade cromossômica

•Padrão autossômico dominante

REPARO DO DNAREPARO DO DNA

Reparar danos no DNA surgidos Reparar danos no DNA surgidos espontaneamente ou induzidos por espontaneamente ou induzidos por mutágenosmutágenos

• Reparo de pareamento errôneoReparo de pareamento errôneo

• Reparo diretoReparo direto

• Reparo de excisão de basesReparo de excisão de bases

•Reparo de excisão de nucleotídeosReparo de excisão de nucleotídeos

• Reparo de quebras de fita dupla no Reparo de quebras de fita dupla no DNA DNA

LESÕES RETARDAM PROGRESSÃO DO CICLO CELULAR

Danos DNA

Bloqueio do

ciclo celular

(Checkpoint)

Reparo do DNA

Apoptose

Proteína ATMIdentifica lesão no DNA

Sinal p/ p53 → Ativar Genes Reparo DNA

• reparo pós-replicação: bases incorporadas erroneamente no DNA durante a replicação (DNA pol: 1 base errada na cadeia filha/10 milhões pb)REVISÃO DE PROVA “PROOFREADING”: corrige 99,9% dos erros de replicação

• eliminação de bases mal pareadas e alças de deleção/inserção• atua na cadeia recém-sintetizada

•genes MSH, MLH e PMS → → as as proteínas formam complexos (heterodímeros)proteínas formam complexos (heterodímeros)

Deslizamentos da DNA Deslizamentos da DNA polimerase: regiões de polimerase: regiões de microssatélitemicrossatélite

REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO

MISMATCH REPAIR - MMRMISMATCH REPAIR - MMR

Câncer de cólon não-poliposo Câncer de cólon não-poliposo familial:familial:-manifestação <45 anos-manifestação <45 anos-pelo menos 3 parentes afetados-pelo menos 3 parentes afetados-mutações em mutações em MLH1 e MSH2MLH1 e MSH2 são são mais comunsmais comuns-70 a 85% de risco70 a 85% de risco

Mutações em genes MMR segregam com a síndrome de predisposição ao câncer colorretal não polipose (HNPCC) maioria dos pacientes são heterozigotos para mutações recessivas na linhagem germinativa em genes MMR (MLH, MSH, PMS)células tumorais sofrem perda do alelo normal e exibem instabilidade de microssatélites números variáveis de repetições de microssatélites nas células tumorais

REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEOREPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO

GG

AA

5’ 3’

Cadeia filhaCadeia filha

Cadeia Cadeia parentalparental

Base errada

MSH3

Reconhecimento Reconhecimento do dano e corte do dano e corte na cadeia filhana cadeia filha

GG

AAMSH2MSH2

MSH6

AA

GG Excisão de Excisão de fragmento de 100 fragmento de 100

a 1000pb a 1000pb contendo a base contendo a base

incorretaincorreta

Fita reparadaFita reparadaTT

AA

MLH2 PMS2

Síntese de DNA e Síntese de DNA e ligação da fita ligação da fita reparadareparada

AA

DNA pol DNA pol //

DNA ligase

• reversão ativa da lesão → sem retirar a reversão ativa da lesão → sem retirar a base danificadabase danificada

• OO66-metilguanina -metilguanina → transição G:C para A:T→ transição G:C para A:T (produzida endogenamente ou mutagênicos (produzida endogenamente ou mutagênicos químicos)químicos)

•Enzima MGMT (metil guanina metiltransferase)Enzima MGMT (metil guanina metiltransferase) → → remove o grupo metilremove o grupo metil

• alto custo energético → uma molécula alto custo energético → uma molécula da enzima é inativada para cada lesão da enzima é inativada para cada lesão corrigidacorrigida

REPARO DIRETOREPARO DIRETO

O6-metil guaninaO6-etil guaninaE.coli e mamíferos

Reparadas pela O6-metilguanina

DNA metiltransferases(MGMT)

 

Transfere grupo alquil (metila) para uma cisteína da proteína

A proteína é inativada:

não é classificada como uma enzima

REPARO DIRETOREPARO DIRETO

GG

CC

Agente Agente alquilaalquilantente

GG

CC

CHCH33

O6-Metilguanina

GG

CC

MGMMGMTT

CHCH33

DNA DNA restaurado e restaurado e

enzima enzima inativainativa

GG

CC

CHCH33Reconhecimento Reconhecimento

da base alterada e da base alterada e transferência do transferência do grupo metil para grupo metil para

resíduo de resíduo de cisteína da MGMTcisteína da MGMT

Reparo Reparo DiretoDireto

MGMMGMTT

ETAPAS COMUNS

etapa 1 = incisão (endonuclease) e excisão (exonuclease)

etapa 2 = ressíntese do DNA (DNA polimerases β, δ, ε)

etapa 3 = ligação das extremidades (DNA ligases)

REPAROS DE EXCISÃO

REPARO POR EXCISÃO DE REPARO POR EXCISÃO DE BASES - BERBASES - BER

• reparo de danos causados por agentes endógenos (hidrólises, oxigênio reativo) que modificam a estrutura das bases

• reparo de danos induzidos por radiação ionizante e agentes alcilantes

• rrealizado pelas DNA glicosilases: cada DNA glicosilase (~8 genes diferentes) reconhece uma base alterada no DNA e catalisa sua remoção por hidrólise

-quebram ligações base-açúcar

- liberam as bases gerando sítios apurínicos ou apirimidínicos (sítios AP)

- sítio reparado por endonucleases específica

REPARO POR EXCISÃO DE REPARO POR EXCISÃO DE BASES - BERBASES - BER

•Etapas:

• remoção da base danificada (DNA glicosilase) sítio AP

• incisão do sítio AP na porção 5’ (endonuclease)

• excisão do terminal 5’ e remoção (exonuclease) gerando lacuna de 1 nucleotídeo (via curta) ou 2-13 nucleotídeos (via longa)

• síntese DNA (DNA polimerase)

• ligação da cadeia (DNA ligase)

REPARO POR EXCISÃO DE REPARO POR EXCISÃO DE BASES - BERBASES - BER

*

Base danificada

DNA DNA glicosilasglicosilas

ee

ReconhecimenReconhecimento e formação to e formação

do sítio APdo sítio AP

APE1

ReconhecimenReconhecimento e incisão 5’ to e incisão 5’

do sítio APdo sítio AP

XRCCXRCC11

DNA DNA polpol

Excisão da Excisão da porção açúcar-porção açúcar-P e síntese de P e síntese de

DNADNA

XRCCXRCC11

DNA DNA ligase ligase

IIIIII

Ligação da Ligação da cadeiacadeia

Short-patch Short-patch

Quebra de cadeia simples

XRCCXRCC11

PARPPARPReconhecimReconhecim

ento da ento da quebraquebra

PNKPNK Incisão 5’Incisão 5’

PCNPCNAA

DNA polDNA pol

FENFEN11 Síntese Síntese

DNA e DNA e excisãoexcisão

DNA DNA ligase Iligase I

Long-patchLong-patch

Ligação Ligação da da

cadeiacadeia1 nucleotídeo

2-13 nucleotídeos

REPARO POR EXCISÃO DE REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS - NUCLEOTÍDEOS - NERNER

• remoção de adutos no DNA remoção de adutos no DNA distorção da distorção da dupla hélicedupla hélice

• dímeros de pirimidina, HAP, cisplatinadímeros de pirimidina, HAP, cisplatina

• fatores ambientaisfatores ambientais

• principal mecanismo de reparoprincipal mecanismo de reparo

• deficiência: doenças genéticasdeficiência: doenças genéticas

•realizado pelo complexo multienzimático XPA-XPG

• remove 24-32 nucleotídeos

Xeroderma Pigmentoso Xeroderma Pigmentoso

-Mutações em XPA-XPGMutações em XPA-XPG

- 1000 a 4000X o risco de câncer de pele 1000 a 4000X o risco de câncer de pele exposição solar ou irradiação UVexposição solar ou irradiação UV

Etapas: Reconhecimento da lesão no DNA (complexo XPA-XPC)

ligam-se ao DNA danificado abertura da dupla hélice atividade de helicase

XPB e XPD Dupla incisão na cadeia danificada: 3’ (XPG) e 5’ (XPF) Excisão remoção do segmento de DNA Síntese de DNA DNA polimerase Ligação da cadeia DNA ligase

REPARO POR EXCISÃO DE REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS - NUCLEOTÍDEOS - NERNER

Reparo por excisão de nucleotídeos (NER)

Reconhecimento dano (XPA-XPC)→ interação com TFIIH →atividade de helicase

ERCC1-XPF: endonuclease que corta a fita em 5’

XPG: endonuclease que corta a fita em 3’

DNA pol, PCNA, RPA e RFC: síntese da fita nova

Ligase

Fragmento 26-27 nucleotídeos

REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA DUPLA DUPLA

• DSB (quebra fita dupla):DSB (quebra fita dupla): lesão espontânea lesão espontânea induzida por radicais de Oinduzida por radicais de O22 livres, replicação livres, replicação do DNA e agentes genotóxicos como a do DNA e agentes genotóxicos como a radiação ionizanteradiação ionizante

• causa de aberrações cromossômicascausa de aberrações cromossômicas

• Reparo homólogo (RH)Reparo homólogo (RH) pareamento com o cromossomo homólogo intacto

• Reparo de ligação das extremidades não- Reparo de ligação das extremidades não- homologa (NHEJ)homologa (NHEJ) religação direta das extremidades quebradas

REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA DUPLA DUPLA

•Reparo homólogo (RH)Reparo homólogo (RH) Etapas

•Reconhecimento da quebra e pareamento do cromossomo homólogo intacto com o cromossomo que apresenta a quebra dupla

•Degradação das extremidades danificadas

•Deslocamento da cromátide-irmã intacta para o sítio a ser reparado

•A cromátide-irmã serve como molde para síntese de DNA restaura a sequência original

•Ligação das extremidades

REPARO HOMÓLOGOREPARO HOMÓLOGO

Radiação ionizante

CromátidCromátides irmãses irmãs

Quebra de Quebra de cadeia cadeia dupladupla

Degradação Degradação 5’-3’5’-3’Rad5Rad522

Rad

50 MRE1

1NBS1

BRCA1BRCA1 Rad54Rad54

Invasão Invasão da cadeiada cadeia

BRCABRCA22 Rad51Rad51

DNA DNA polpol

DNA DNA ligaseligase

Síntese de Síntese de DNA e ligação DNA e ligação das cadeiasdas cadeias

Reparo Reparo DNA com DNA com fidelidadefidelidade

ProcessamenProcessamento das to das

extremidadeextremidadess

LIGAÇÃO DAS EXTREMIDADES NÃO-LIGAÇÃO DAS EXTREMIDADES NÃO-HOMÓLOGASHOMÓLOGAS

DNA fita duplaDNA fita dupla

Agente Agente danificantedanificante

Quebra de cadeia Quebra de cadeia dupladupla

DNA DNA PKc1PKc1

KU80KU70

KU80KU70

XRCC4XRCC4

DNA ligase DNA ligase IVIV Ligação das Ligação das

extremidadextremidadeses

DNA reparado DNA reparado com baixa com baixa fidelidadefidelidade

http://www.sbbq.org.br/revista/mtdidaticos/Env.pdf

Xeroderma Pigmentoso

Síndrome de Cockaine

Tricotiodistrofia

Anemia de Fanconi

Ataxia telangiectasia

Síndrome de Bloom

SÍNDROMES DE INSTABILIDADE CROMOSSÔMICA

defeitos nos mecanismos de reparo e replicação do DNA

freqüência aberrações cromossômicas

incidência câncer

AR

Clínica

manifestações cutâneas (1,5 anos)

anomalias oculares (4 anos)

anomalias neurológicas (6 meses)

Xeroderma (pele seca)

Incidência:1/250.000 (USA); 1/40.000 (Japão)

Células XP: sensíveis a radiação UV indivíduos incapazes reparar dímeros TT: risco ↑ câncer de pele (2000x)

XP: defeito no reparo de excisão de nucleotídeos (NER)

XERODERMA PIGMENTOSO (XP)

grupos de complementação: XPA-XPG diferenças clínicas defeitos enzimáticos incapacidade de excisar danos induzidos pela luz UV e mutagênicos químicos

diagnóstico exposição a luz solar

tratamento proteção da pele da luz solar

chapéus

óculos que absorvem luz UV

bloqueadores solares

roupas protetoras

acompanhamento periódico por dermatologista

AR

Clínica

anemia

alterações da pigmentação da pele (64%)

baixa estatura (62%)

malformações do rádio (50%)

anomalias oculares (41%), renais (34%),

microcefalia (37%), deficiência mental (25%)

90% anemia aplástica

ANEMIA DE FANCONI (FA)

descrita 1927 Guido Fanconi

incidência: 1/22.000 a 1/476.000 indivíduos

8 grupos de complementação: FA-A, FA-B, FA-C, FA-D1, FA-D2, FA-E, FA-F e FA-G heterogeneidade genética

células FA: sensíveis à agentes químicos que causam ligações cruzadas entre as fitas de DNA:

-mitomicina C (MMC), diepoxibutano (DEB), mostarda nitrogenada (NM), cisplatina , ...

freqüência de neoplasias: leucemias e tumores hepáticos

quebras cromossômicas espontâneas, figuras tri, quadri e multiradiais,

figuras radiais endorreduplicação

AR

Clínica

peso ao nascimento

retardo de crescimento pré e pós-natal

(145 cm H; 130 cm M)

telangiectasias e fotossensibilidade (borboleta)

cabeça alongada, microcefalia, inteligência normal

imunodeficiência: infecções (respiratórias e gastrointestinais)

SÍNDROME DE BLOOM (SB)

Incidência: 1/58.000 judeus

asquenazim

figuras quadrirradiais

mutações no gene BLM 15q26.1 DNA helicase ( RecQ) papel na replicação e reparo do DNA por recombinação homóloga

Risco maior de câncer: carcinomas, leucemias e linfomas

AR

Clínica

-ataxia cerebelar (12-14 meses) disfunção neuromotora

-telangiectasia olhos e pele (3 e 5 anos) retardo de crescimento (70%)

incidência neoplasias (linfoma e leucemia linfóide) e imunodeficiências

incidência: 1/40.000

risco câncer de mama heterozigotos AT

ATAXIA TELANGIECTASIA (AT) SÍNDROME DE LOUIS-BAR

células AT sensíveis a radiação ionizante e agentes radiomiméticos (N-acetoxi-N-2-acetil-2-aminofluoreno - 4-NQO)

linfócitos AT rearranjos espontâneos dos cromossomos 7 e 14

4 grupos de complementação: A, C, D e E mutações gene ATM

gene ATM (11q22-23) proteína quinase reconhece a lesão no

DNA

ATM fosforila p53 parada no ciclo celular em G1 ou apoptose

mutações no gene ATM abolem mecanismo de reparo pré-síntese de DNA acúmulo de células com DNA lesado risco de transformação celular

PERSPECTIVAS

Polimorfismos em genes de reparo:

Variantes alélicas

Capacidade reduzida de reparo

Risco de câncer induzido por agentes ambientais

Interação gene x ambiente

Populações de risco