genética molecular humana profa. dra. ana elizabete silva

Pós-Graduação em Genética

Mutagênese e Mutagênese e Instabilidade GenéticaInstabilidade Genética

Disciplina: Genética Humana MolecularDocente responsável: Profa. Dra. Ana Elizabete Silva

Dra. Fernanda da Silva Manoel CaetanoPós-doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Genética

Dra. Fernanda da Silva Manoel CaetanoPós-doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Genética

Células germinativas: Mutação herdável

Células somáticas: Mutação somática

Espontâneas: Ocorrência natural Erros na replicação: pareamento errôneo durante a síntese do DNA levando à substituição de bases - mudança tautomérica, transições, transversões, mudança de matriz de leitura, deleções e duplicações Lesões espontâneas - desaminação; depurinação; dano oxidativo

Induzidas: Agentes mutagênicosAgentes físicosAgentes químicosAgentes biológicos

• Erros na replicação do DNA: – Cada uma das bases no DNA pode se apresentar

como tautômeros (isômeros que diferem nas posições e nas ligações entre seus átomos

– forma ceto de cada base está normalmente presente no DNA

Mutações espontâneas


• Erros na replicação do DNA: – Formas imino e enol das bases são raras– Mudança tautomérica: pareamentos errados que

resultam da mudança de um tautômero para outro



• Erros na replicação do DNA: – Mutação por mudança tautomérica



• Erros na replicação do DNA



• Erros na replicação do DNA Mutação frameshiftMutação frameshift



• Erros na replicação do DNA– Deleções e duplicações

ocorrem geralmente em sequências repetidas

– Grandes duplicações geram múltiplas cópias de genes

– Grandes deleções removem genes do genoma



• Lesões espontâneas



Interrupção da ligação glicosídica entre a base e o açúcar e perda de uma G ou A

• Lesões espontâneas– Dano oxidativo

Transversão G T



Mutações induzidasMutações induzidas

Agentes Mutagênicos


MUTÁGENOS FISICOSMUTÁGENOS FISICOS

Radiações ionizantes: raios X, radiações alfa, beta e gamaMutações cromossômicas (deleções e translocações)

Radiações não-ionizantes: luz UVFormação de dímeros de pirimidina

Agentes MutagênicosMUTÁGENOS QUÍMICOSMUTÁGENOS QUÍMICOS

Ácido nitroso: desaminação de A e CIncorporação de bases errôneas durante a replicação

Agentes intercalantes : acridina orange, brometo de etídio...Intercalam entre 2 pb dando origem à inserções ou deleções de 1 pb

Análogos de base: 5-BU, 2-APSubstituição de bases provocando transições

Agentes alquilantes: EMS, NGAdição de grupos etil ou metil às bases


MUTÁGENOS BIOLÓGICOSMUTÁGENOS BIOLÓGICOS

Vírus: HPV, Hep. B

TransposonsAlteram as sequências do material genético do hospedeiro

HPV

HBV

AGENTES MUTAGÊNICOS

AGENTES MUTAGÊNICOS

CARCINÓGENOSCARCINÓGENOS CÂNCER

Divisão celular controlada

Divisão celular controlada

Genes de controle do ciclo celular

Divisão celular descontroladaDivisão celular descontrolada

Novas substâncias químicas são produzidas a cada ano

Sociedade moderna depende do uso extensivo de químicos

Indústria e agricultura

Mutagenicidade e carcinogenicidade devem ser testadas

Teste de Ames para mutagenicidade• 1970: Bruce Ames forte correlação entre a

habilidade de compostos causar câncer e sua habilidade para causar mutações

– medida das taxas de mutação em sistemas bacterianos seria eficiente para avaliar a mutagenicidade de compostos

– nem todos os carcinógenos sozinhos são mutagênicos, porém alguns metabólitos de carcinógenos produzidos no corpo por reações enzimáticas no fígado são agentes mutagênicos: tais reações enzimáticas não aconteceriam em bactérias

Teste de Ames para mutagenicidade

http://mbioscience.com/ames-test.html

• método rápido, sensível e barato• utilizado para identificar químicos que possam ser carcinogênicos

Fontes de danos no DNAFontes de danos no DNA

Falhas em algumas destas vias

INSTABILIDADE GENÔMICAINSTABILIDADE GENÔMICA

Sancar et al., 2004

LESÕES NO DNA E MECANISMOS DE REPAROLESÕES NO DNA E MECANISMOS DE REPARO

Reparo por Excisão de Base – Base Excision Repair (BER)Reparo por Excisão de Base – Base Excision Repair (BER)

• Depois da leitura de prova (DNA proofreading) pela DNA polimerase, é o mecanismo de reparo mais importante para a remoção de bases danificadas ou incorretas.

• Sistema de reparo que depende da complementariedade da fita molde.

Base Excision Repair (BER)Base Excision Repair (BER)

http://www.nature.com/emm/journal/v46/n7/fig_tab/emm201442f3.html

Reparo por Excisão de Nucleotídeo – Nucleotide Excision Repair (NER)Reparo por Excisão de Nucleotídeo – Nucleotide Excision Repair (NER)

• Principal sistema de reparo para a remoção de lesões volumosas no DNA formadas pela exposição à radiação ou químicos

• Reparo por excisão de nucleotídeo acoplado à transcrição (TC-NER): repara regiões transcritas de DNA e é ativado por complexos de transcrição paralisados

• Reparo genômico global (GGR): corrige lesões em qualquer lugar do genoma e é ativado por forquilhas de replicação paralisadas

Nucleotide Excision Repair (NER)Nucleotide Excision Repair (NER)La

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Reparo de mal pareamento – Mismatch repair )MMR)Reparo de mal pareamento – Mismatch repair )MMR)

• Principal via que corrige erros remanescentes da replicação

• Reduz a taxa de erro para 10-9 : reconhece e repara bases mal pareadas e pequenos loops causados por inserção e deleção de nucleotídeos durante a replicação

• 3 passos:– reconhecimento dos pares de base mal pareados– determinação de qual base do par está errada– excisão da base incorreta e síntese de nova base

E. coli

http://gizmodo.com/dna-repair-earned-the-nobel-prize-in-chemistry-and-her-1735347676

Junção de extremidades não-homólogas – Nonhomologous end joining (NHEJ)

Junção de extremidades não-homólogas – Nonhomologous end joining (NHEJ)

Gent and Burg, 2007

• Sistema de reparo propenso a erro

• Ativado quando fitas não danificadas ou cromátides-irmãs não estão presentes

Recombinação homóloga – Homologous Recombination (HR)Recombinação homóloga – Homologous Recombination (HR)

http://mpmp.huji.ac.il/maps/dsbRecomb.html

Mecanismo livre de erro

Ativado quando DSBs ocorrem após a replicação de uma região cromossômica de uma célula em divisão

DOENÇAS HUMANAS HEREDITÁRIAS COM DEFEITOS NO REPARO DO DNA

DOENÇAS HUMANAS HEREDITÁRIAS COM DEFEITOS NO REPARO DO DNA

XERODERMA PIGMENTOSUM (XP)

• indivíduos extremamente sensíveis à luz do sol• risco elevado de desenvolver câncer de pele• deficiência de reparo de dano no DNA induzidopor UV (dímeros de T) - NER• resulta de defeitos de qualquer um de 8 genes diferentes (XPA, XPB, XPC, XPD XPE, XPF, XPG e XPV)• ~30% dos indivíduos XP desenvolvem anormalidades

neurológicas progressivas

SÍNDROME DE COCKAYNE (CS)

• defeitos nos genes CSA e CSB (TCR-NER)• indivíduos com CS exibem sensibilidade à luz UV (sem risco

para câncer de pele), retardo do crescimento e das habilidades mentais e envelhecimento precoce

TRICOTIODISTROFIA

• defeitos nos genes TTDA, XPB, XPD (TCR-NER)• indivíduos exibem baixa estatura, cabelos frágeis e pele

escamosa, sensibilidade à luz UV, distúrbios neurológicos e retardo mental

ANEMIA DE FANCONI (FA)

• células dos indivíduos com FA exibem defeitos na remoção de ligações cruzadas inter-cadeia no DNA (inter-stand cross-links) formadas pelo antibiótico mitomicina C, por ex.

• envolve 8 genes (FANCA-FANCH) em 5 cromossomos diferentes

• início dos sintomas: 5-10 anos• mais frequente em homens (2:1)• baixa estatura• hiperpigmentação da pele (manchas “café com leite”• ausência do polegar ou do rádio, hipogonadismo, distúrbios

renais, anomalias oculares, microcefalia, deficiência mental

• células de pacientes com AT exibem sensibilidade anormal à radiação ionizante

• 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)

• células AT: rearranjos espontâneos dos cromossomos 7 e 14

ATAXIA TELANGECTASIA (AT)

ATAXIA TELANGECTASIA (AT)

• mutações no gene ATM (11q22-23)

http://www.nature.com/nrg/journal/v2/n3/fig_tab/nrg0301_196a_F2.html

• peso ao nascimento

•retardo de crescimento pré e pós-natal

•telangiectasias e fotossensibilidade (borboleta)

•cabeça alongada, microcefalia, inteligência normal

•imunodeficiência: infecções (respiratórias e gastrointestinais)

SÍNDROME DE BLOOM (SB)

• Incidência: 1/58.000 judeus

(Ashkenazi)

• Cromossomos em

figuras quadrirradiais

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

Risco maior de câncer: carcinomas, Leucemias e linfomas

SÍNDROME DE BLOOM (SB)

Por quê indivíduos com algumas destas doenças hereditárias com defeitos

no reparo do DNA apresentam risco elevado de desenvolver alguns tipos

de câncer

Por quê indivíduos com algumas destas doenças hereditárias com defeitos

no reparo do DNA apresentam risco elevado de desenvolver alguns tipos

de câncer

Instabilidade Genética – uma característica evolutiva do câncer

Instabilidade Genética – uma característica evolutiva do câncer

• Formas de instabilidade genética em câncer– instabilidade cromossômica (aberrações

numéricas e estruturais)– instabilidade de microssatélite (expansão ou

contração de repetições de oligonucleotídeos em sequências de microssatélite)

– frequência aumentada de mutações de pares de base

Formas de instabilidade genética em cânceres

hereditários

Mutações em genes de reparo do DNA

Fornece suporte para a “hipótese do mutador”

A instabilidade genética está presente em lesões pré-cancerosas e direciona o

desenvolvimento do tumorPor aumentar a taxa de mutação

espontânea

A instabilidade genética está presente em lesões pré-cancerosas e direciona o

desenvolvimento do tumorPor aumentar a taxa de mutação

espontânea

Instabilidade genética em leões pré-

cancerosas

Instabilidade genética em leões pré-

cancerosas

Mutações em genes “guardiões” (caretaker genes)

Genes que funcionam primariamente para manter a

estabilidade genômica (TP53, ATM)

Genes que funcionam primariamente para manter a

estabilidade genômica (TP53, ATM)

TP53 e ATM - Resposta aos danos no DNATP53 e ATM - Resposta aos danos no DNA

http://clincancerres.aacrjournals.org/content/14/13/4032/F1.expansion.html

CÂNCERES HEREDITÁRIOS

Mutações na linhagem germinativa tendo como alvo genes de reparo estão presentes em todas células do corpo do paciente

Um único evento (perda do alelo selvagem remanescente) levaria à instabilidade genômica e direcionaria o desenvolvimento do tumor (hipótese do mutador)

http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/PH709_Cancer/PH709_Cancer4.html

DNA DAMAGE RESPONSE - DDR

• DDR pode sofrer regulação pós-transcricional por miRNAs• miRNAs podem reduzir direta ou indiretamente a expressão

de genes de resposta aos danos no DNA

http:

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lBiogênese de miRNABiogênese de miRNA

Liu and Lu, 2012

miRNAs na DDRmiRNAs na DDR

• Defeitos na DDR e repressão global de miRNA são atualmente

consideradas características de muitos tipos de câncer humano

• Várias proteínas cruciais da via DDR são reguladas por miRNAs

• miRNA regulados pela DDR e miRNAs que regulam os genes da DDR

estão envolvidos na iniciação e progressão da tumorigênese

• podem fornecer uma nova visão para a sensibilidade ou resistência

das células cancerosas às drogas genotóxicas e possivelmente levar

ao desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas

Han et al., 2012

2015 Nobel Prize in Chemistry for Understanding DNA RepairTomas Lindahl Francis Crick Institute and Clare Hall Laboratory, Hertfordshire, UK (via BER)

Paul ModrichHoward Hughes Medical Institute and Duke University School of Medicine, Durham, NC, USA (via MMR)

Aziz SancarUniversity of North Carolina, Chapel Hill, NC, USA (via NER)

“for mechanistic studies of DNA repair"

genética molecular humana profa. dra. ana elizabete silva

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