Mecanismos de Reparação do DNA

Mecanismos de Reparação do DNA

O DNA pode sofrer lesões permanentes que afetam o seu metabolismo ou o seu ciclo celular. Caso um erro não seja reparado, ou não seja provocada a paragem do ciclo celular ou a morte celular, a célula filha irá conter essa lesão, tornando-se uma célula mutada com potencial mutagénico. As defesas antioxidantes desempenham um papel muito importante eliminando potenciais agentes mutagénicos antes mesmo que exerçam qualquer ação no DNA. No entanto, muitas alterações acabam mesmo por ocorrer, sendo necessário a ativação de mecanismos de reparação. Esses têm a capacidade de reverter modificações da cadeia de DNA (a única cadeia que os seres vivos podem reparar em vez de substituir).

Um dos primeiros mecanismos de reparação atua durante a replicação. A taxa de erro durante este processo é muitíssimo baixa, aproximadamente 10^-9. No entanto, caso aconteça algum erro, as DNA polimerases possuem atividade enzimática de exonuclease, diminuindo ainda mais a taxa de erro. Quando um nucleótido é mal incorporado, a enzima reconhece o erro, corta esse nucleótido e prossegue a síntese da nova cadeia de DNA.

Os principais mecanismo de reparação do DNA são:

1. Reversão direta – consiste na reposição de uma base anormal por uma normal. Existe a fotorreativação (envolve enzimas ativadas pela luz visível que desfazem as duplas ligações entre dímeros de pirimidina) e a remoção de grupos. A fotorreativação não está presente em muitas espécies, incluindo os humanos, ao contrário da remoção de grupo, que se encontra amplamente distribuída na natureza;
2. Reparação por excisão de uma base (“Base-excision repair”) – atua em pequenas lesões (envolvendo só uma base) maioritariamente provocadas por agentes endógenos. Envolve a intervenção de glicosilases de DNA, que criam locais apurínicos ou apirimidínicos, seguida da ação de uma endonuclease que remove o nucleótido que não possui a respetiva base. Depois a DNA polimerase preenche o local vazio na cadeia dupla;
3. Reparação por excisão de nucleótidos (“Nucleotide-excision repair”) – mecanismo envolvido na reparação de lesões de maior extensão (geralmente segmentos com mais de uma base danificada) provocadas por agente exógenos. É um processo versátil mas complexo, envolvendo dezenas de proteínas que cooperam em 4 fases principais: reconhecimento da lesão; junção do complexo multiproteíco no local; corte da cadeia danificada em dois locais, incluindo vários nucleótidos flanqueantes; síntese do novo fragmento complementar por uma DNA polimerase;
4. Reparação por excisão após reconhecimento de erros de emparelhamento (“Mismatch repair”) – atua principalmente na reparação de erros que ocorrem durante a replicação. Este tipo de mecanismo inicia-se pelo reconhecimento do erro de emparelhamento e posterior recrutamento de fatores adicionais necessários para o processo. É então identificada a cadeia que possui a anomalia e ocorre a excisão de uma sequência de DNA com cerca de 1 a 2 kb, na qual está incluído o erro. Por fim é sintetizada novamente a sequência que foi removida;
5. Reparação de quebras na cadeia dupla (“Double strand breaks repair”) – Reparação de lesões (por ação deradiação ionizante, de raios X, de radicais livres, entre outras fontes) que provocam quebras na cadeia dupla. Envolve dois mecanismos principais: recombinação homóloga (o segmento de DNA danificado é excisado e o cromossoma homólogo é usado como molde para a síntese de novas cadeias) e junção de extremidades (mecanismo mais simples que consiste na ligação das extremidades da cadeia dupla anormal sem recurso a qualquer molde, sendo frequente a perda ou ganho de nucleótidos).

No entanto, os sistemas de reparação não são infalíveis. Por exemplo, indivíduos que possuem mutações nos genes do sistema mismatch-repair (MMR) têm maior probabilidade de desenvolverem tumores. Também existem doenças relacionadas com deficientes reparações da cadeia dupla, como a anemia de Fanconi ou a síndrome de Bloom.

References:

• Regateiro, F. J. (2007). Manual de Genética Médica. 1ª edição, 2ª reimpressão. Coimbra: Imprensa da Universidade de Coimbra.
• Sancar, A. et al. (2004). Molecular mechanisms of mammalian DNA repair and the DNA damage checkpoints. Annual Review of Biochemistry, 73(1): 39-85.