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Mutações

SÍNDROMES DE PREDISPOSIÇÃO AO CÂNCER E MECANISMOS DE REPARO DO DNA Profa. Dra. Ana Elizabete Silva. Mutações. ESTABILIDADE GENÉTICA. SOBREVIVÊNCIA E REPRODUÇÃO. REPLICAÇÃO PRECISA DO DNA REPARO DO DNA. Falhas. Aberrações cromossômicas: mudança no genoma

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Presentation Transcript

  1. SÍNDROMES DE PREDISPOSIÇÃO AO CÂNCER E MECANISMOS DE REPARO DO DNA Profa. Dra. Ana Elizabete Silva Mutações

  2. ESTABILIDADE GENÉTICA SOBREVIVÊNCIA E REPRODUÇÃO REPLICAÇÃO PRECISA DO DNA REPARO DO DNA Falhas Aberrações cromossômicas: mudança no genoma Mutações no DNA: doenças genéticas (câncer)

  3. MUTAÇÃO: qualquer mudança na sequência de nucleotídeos ou arranjo do DNA Células somáticas: Mutação somática Células germinativas: Mutação herdável

  4. CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES • 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 emudança de matriz de leitura (frameshift) • -Mutações reguladoras: afetam a ligação de fator de transcrição e controle transcricional

  5. Agente mutagênico naturais BASE MOLECULAR DAS MUTAÇÕES GÊNICAS Mutações espontâneas Mutações induzidas

  6. 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

  7. LESÕES ESPONTÂNEAS: ERROS DE REPLICAÇÃO DO DNA • 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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)

  12. 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)

  13. 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

  14. 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

  15. REPARO DO DNA Reparar danos no DNA surgidos espontaneamente ou induzidos por mutágenos • Reparo de pareamento errôneo • Reparo direto • Reparo de excisão de bases • Reparo de excisão de nucleotídeos • Reparo de quebras de fita dupla no DNA

  16. LESÕES RETARDAM PROGRESSÃO DO CICLO CELULAR Reparo do DNA Bloqueio do ciclo celular (Checkpoint) Danos DNA Apoptose Identifica lesão no DNA Proteína ATM Sinal p/ p53 → Ativar Genes Reparo DNA

  17. REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO MISMATCH REPAIR - MMR Deslizamentos da DNA polimerase: regiões de microssatélite • 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 proteínas formam complexos (heterodímeros)

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

  19. REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO Base errada 3’ 5’ Cadeia filha Cadeia parental G A MSH6   Reconhecimento do dano e corte na cadeia filha G A MSH2 Excisão de fragmento de 100 a 1000pb contendo a base incorreta G MLH2 A PMS2 MSH3 Síntese de DNA e ligação da fita reparada DNA pol / A Fita reparada T A DNA ligase

  20. REPARO DIRETO • reversão ativa da lesão → sem retirar a base danificada • O6-metilguanina → transição G:C para A:T (produzida endogenamente ou mutagênicos químicos) • Enzima MGMT (metil guanina metiltransferase)→ remove o grupo metil • alto custo energético → uma molécula da enzima é inativada para cada lesão corrigida

  21. Reparadas pela O6-metilguanina DNA metiltransferases (MGMT) O6-metil guanina O6-etil guanina E.coli e mamíferos Transfere grupo alquil (metila) para uma cisteína da proteína A proteína é inativada: não é classificada como uma enzima

  22. Agente alquilante O6-Metilguanina CH3 CH3 G C G C G C G C Reparo Direto Reconhecimento da base alterada e transferência do grupo metil para resíduo de cisteína da MGMT DNA restaurado e enzima inativa MGMT MGMT CH3 REPARO DIRETO

  23. REPAROS DE EXCISÃO 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)

  24. REPARO POR EXCISÃO DE BASES - 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 • realizado 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

  25. REPARO POR EXCISÃO DE BASES - 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)

  26. REPARO POR EXCISÃO DE BASES - BER Quebra de cadeia simples Base danificada * Reconhecimento e formação do sítio AP PARP XRCC1 DNA glicosilase Reconhecimento da quebra Reconhecimento e incisão 5’ do sítio AP APE1 PNK Incisão 5’   DNA pol FEN1 DNA pol Excisão da porção açúcar-P e síntese de DNA PCNA Síntese DNA e excisão XRCC1  DNA ligase III Ligação da cadeia XRCC1 DNA ligase I Ligação da cadeia Long-patch Short-patch 1 nucleotídeo 2-13 nucleotídeos

  27. REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS - NER • remoção de adutos no DNA distorção da dupla hélice • dímeros de pirimidina, HAP, cisplatina • fatores ambientais • principal mecanismo de reparo • deficiência: doenças genéticas • realizado pelo complexo multienzimático XPA-XPG • remove 24-32 nucleotídeos

  28. Xeroderma Pigmentoso • Mutações em XPA-XPG •  1000 a 4000X o risco de câncer de pele  exposição solar ou irradiação UV

  29. REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS - NER • 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

  30. Reparo por excisão de nucleotídeos (NER) Reconhecimento dano (XPA-XPC)→ interação com TFIIH →atividade de helicase XPG: endonuclease que corta a fita em 3’ ERCC1-XPF: endonuclease que corta a fita em 5’ Fragmento 26-27 nucleotídeos DNA pol, PCNA, RPA e RFC: síntese da fita nova Ligase

  31. REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA DUPLA • DSB (quebra fita dupla): lesão espontânea induzida por radicais de O2 livres, replicação do DNA e agentes genotóxicos como a radiação ionizante • causa de aberrações cromossômicas • Reparo homólogo (RH) pareamento com o cromossomo homólogo intacto • Reparo de ligação das extremidades não- homologa (NHEJ) religação direta das extremidades quebradas

  32. REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA DUPLA • 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

  33. REPARO HOMÓLOGO Reparo DNA com fidelidade Radiação ionizante Quebra de cadeia dupla DNA ligase DNA pol Síntese de DNA e ligação das cadeias MRE11 Degradação 5’-3’ Rad50 NBS1 BRCA2 Rad52 Rad51 Invasão da cadeia BRCA1 Rad54 Cromátides irmãs

  34. Agente danificante DNA fita dupla Quebra de cadeia dupla DNA PKc1 Processamento das extremidades DNA ligase IV Ligação das extremidades KU80 KU80 KU70 KU70 DNA reparado com baixa fidelidade XRCC4 LIGAÇÃO DAS EXTREMIDADES NÃO-HOMÓLOGAS

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

  36. 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

  37. XERODERMA PIGMENTOSO (XP)  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)

  38. 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

  39. ANEMIA DE FANCONI (FA) 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

  40. 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

  41.  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,

  42. figuras radiais endorreduplicação

  43. SÍNDROME DE BLOOM (SB) 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)

  44. 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

  45. ATAXIA TELANGIECTASIA (AT) SÍNDROME DE LOUIS-BAR 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

  46. 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

  47. 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

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