Metabolismo celular
Exposición Luz UV
Radiación ionizante
Exposición Química
Errores en replicación
Activación Control Ciclo
celular
Activación Programa
transcripcional
Reparación de ADN: ü Reversión directa ü Escisión de base ü Escisión de nucleótido ü Reparación de error ü Reparación por Recombinación homóloga
Apoptosis
MUTACIONES EN EL ADN
Mutaciones espontáneas (105 – 108) Mutaciones inducidas (por mutágenos)
Mutaciones puntuales v Mutaciones “indel”: Adiciones o deleciones de base v Substitución de base: transición (A→G; G→A) transversión (C→G; C→A; T→G; T→A)
Repercusión a nivel de proteína v Mutación sinónima v Mutación de error v Mutación sin sentido v Mutación de marco
Conservativa No conservativa
S U S T I T U C I O N
I N D E L
AAA AGA Lys Arg básico básico
AGA AGG Arg Arg
UUU UCU Phe Ser hidrofóbico polar CAG UAG
Gln Stop
Adición de 1 pb (rojo) AAG ACT CCT AAG AGC TCC T… Deleción de 1 pb (rojo) AAG ACT CCT AAA CTC CT…
Alteraciones en el ADN
Depurinaciones por ácido, calor, glicosilasas Alquilación, radiación ionizante, radicales libres Agentes intercalantes, radiación UV
Los mutágenos externos incrementan la proporción de mutaciones
Agentes mutagénicos físicos: Rayos X Rayos UV Radiaciones α, β y γ
Agentes mutagénicos químicos: gas mostaza algunos pesticidas humo de tabaco sustancias naturales de plantas y microorganismos
Mutágeno Aflatoxina = Depurinación
Introduction to Genetic AnalysisAnthony Griffiths, VIII Ed.
Aspergillus flavus
Mecanismos de Reparación de
DNA
Reversión Directa Daño en una sola cadena
Ruptura de la doble cadena
ü Fotoreactivación ü Eliminación de CH3
ü Reparación por escisión de bases (BER)
ü Reparación por escisión de nucleótidos (NER)
ü Reparación por desapareamiento (MMR)
ü Recombinación homóloga
Reparación por escisión de base (BER)
DNA glicosilasas crean un sitio AP (sin base) AP endonucleasa elimina un fragmento de DNA DNA pol I rellena, ligasa sella
Reparación por escisión de nucleótido (NER)
UvrABC (escinucleasa) Helicasa separa el fragmento DNA pol I rellena, ligasa sella
Reparación por desapareamiento (mismatch repair, MMR)
MutS reconoce desapareamiento MutL y MutH se unen y recorren el DNA hasta un grupo metilo MutH corta la cadena NO metilada (nueva síntesis) Helicasa desenrolla, Exonucleasa degrada el DNA hasta el desapareamiento DNA pol III rellena, ligasa sella
Mecanismos de Recombinación
Conjugación Ciclo lisogénico bacteriófago
1. Recombinación sitio-específica
Recombinación en meiosis Reparación de DNA
3. Recombinación homóloga
Crossing-overChiasmata at meiosis.
Each line represents a chromatid of a pair of synapsed chromosomes
Transposición 2. Recombinación ilegítima
Illegitimate recombinationdoes not require segments of homologous DNA.
(Examples: transposable elements, T-DNA)
T
T
T
1
2
3
T = transposable element
Recombinación Sitio-específica: Integración del plásmido F al cromosoma
o Se requieren sitios homólogos de recombinación. o Hay corte ENDOnucleolítico en ambas moléculas de DNA o Como las dos moléculas de DNA son circulares el resultado
es una sóla molécula con ambos DNA integrados
Elementos transponibles (Transposones)
• Elementos móviles en el DNA
• Presentes en plásmidos, virus, bacterias, eucariontes…
• Contienen secuencias repetidas en los extremos
• Su movimiento puede producir mutaciones o rearreglos cromosómicos y afectar la expresión de genes.
Secuencias de inserción (IS)
• Cuando los IS aparecen en el medio de los genes, pueden interrumpir la secuencia codificante e inactivar la expresión del gen.
• Fueron descubiertos por primera vez en E.Coli en el operon gal y son los transposones más simples.
• Tienen entre 700 y 1500 pb y se han encontrado en eubacterias y arqueobacterias.
• También son frecuentes en bacteriófagos y plásmidos
secuencias repetidas e invertidas
transposasa IR IR
Sitio de inserción Se crean repetidas directas externas a la IS
432 Chapter 13 • The Dynamic Genome: Transposable Elements
Tn1
0
IS10
IS10
tetR
IS2
Tn5
Tn4IS1 cmRkanR
IS50 IS50 sm R su R amp R
Tn3
hg RIS1
Resistance-determinant segment
Figure 13-10 A schematic map of a plasmid carrying simple andcomposite transposon-resistance genes. Genes encoding resistance to theantibiotics tetracycline (tetR), kanamycin (kanR), streptomycin (smR),sulfonamide (suR), and ampicillin (ampR) and to mercury (Hg R) areshown. The resistant-determinant segment can move as a cluster ofresistance genes. Tn3 is within Tn4. Each transposon can be transferredindependently. [Simplified from S. N. Cohen and J. A. Shapiro, “TransposableGenetic Elements.” Copyright 1980 by Scientific American, Inc. All rightsreserved.]
complementary strand. In this example, integrationgenerates a five-base-pair duplication, called a target-site duplication. Virtually all transposable elements (inboth prokaryotes and eukaryotes) are flanked by a target-site duplication, indicating that all use a mechanism ofintegration similar to that shown in Figure 13-11. Whatdiffers is the length of the duplication; a particular typeof transposable element in prokaryotes (and in eukary-otes as well) has a characteristic length for its target-site duplication—as small as two base pairs for someelements.
Most transposable elements in prokaryotes (and ineukaryotes) employ one of two mechanisms of transpo-sition, called replicative and conservative (nonreplica-tive), as illustrated in Figure 13-12. In the replicativepathway (as shown for Tn3), a new copy of the trans-posable element is generated in the transposition event.The results of the transposition are that one copy ap-pears at the new site and one copy remains at the oldsite. In the conservative pathway (as shown for Tn10),there is no replication. Instead, the element is excisedfrom the chromosome or plasmid and is integrated intothe new site. The conservative pathway is also called“cut and paste.”
REPLICATIVE TRANSPOSITION Because this mecha-nism is a bit complicated, it will be described here inmore detail. As Figure 13-12 illustrates, one copy of Tn3is produced from an initial single copy, yielding twocopies of Tn3 altogether.
A G G T A A G G T A G
T C C A
AGG TAAGGTAG
Transposable element inserts.
TCCATTCC
AGG
TCCATTCC
ATC
TAAGGTAG
Five-base-pair directrepeat flanks element.
ATC
Host repairs gaps.
T T C C A T
Transposase cutstarget-site DNA.
C
AGGTAAGG
TCCATTCC
TAAGGTAG
ATTCCATC
Figure 13-11 Duplication of a short sequence of DNA at theinsertion site. The recipient DNA is cleaved at staggered sites(a 5-bp staggered cut is shown), leading to the production oftwo copies of the five-base-pair sequence flanking the insertedelement.
44200_13_p423-450 3/24/04 11:35 AM Page 432
Transposición de una IS
Lostransposonessonresponsablesdeincrementoseneltamañodelosgenomas
Exposición:05denoviembre20181) ¿Cómosecontrolanlostransposonesenlosgenomas?2) ¿Cuálessurelevanciaparalosorganismos?Slotkin & Martienssen, 2007: Nature Review Genetics Vol. 8: 272-285
Recombinación homóloga en Meiosis
Profase I: recombinación
Resultado de la recombinación
Genotipo Parental
Genotipo Recombinante
Genotipo Recombinante
Genotipo Parental
1. Corte inicial en una de las cadenas del dúplex de ADN.
2. Desplazamiento de la cadena rota por helicasa y síntesis nueva de ADN
3. Invasión de la cadena sencilla a un dúplex con secuencia homóloga
4. Desplazamiento de la cadena correspondiente en el segundo dúplex
5. Sellado de los cortes iniciales y formación de Unión Holliday
6. Resolución de la Unión Holliday
Mecanismo I de Recombinación homóloga The Meselson-Raddingheteroduplex model.
a) single stranded nickb) DNA polymerasec) ssDNA displaces its
counterpart in thehomologue
d) displaced ssDNA isdigested
The Meselson-Raddingheteroduplex model.
e) ligation completes theformation of a Hollidayjunction
f) resolution according toHolliday model in twoalternative ways creats eithera crossover chromatid (V) or anon-crossover chromatid (H).
The Meselson-Raddingheteroduplex model.
e) ligation completes theformation of a Hollidayjunction
f) resolution according toHolliday model in twoalternative ways creats eithera crossover chromatid (V) or anon-crossover chromatid (H).
1. Corte endonucleolítico en las dos cadenas de DNA
2. Generación de DNA de cadena sencilla
3. Invasión de la cadena sencilla a la región homóloga de otro dúplex
4. Formación de estructura D y desplazamiento por síntesis nueva de DNA
5. Migración recíproca y doble entrecruzamiento
6. Se forman dos uniones Holliday que migran en sentido opuesto
Mecanismo II de Recombinación homóloga
RecBCD (bacteria): helicasa (BC) y nucleasa (D) que forman una cadena sencilla de ADN “INVASORA”
sitio chi 5´GCTGGTGG3´ 3´CGACCACC5´
1. RecBCD realiza el corte endonucleotídico (nucleasa).
2. RecBCD “se mueve” (helicasa) hasta encontrar el punto recombinativo “CHI”.
3. RecBCD corta la cadena donde se identificó CHI, y la subunidad D (nucleasa) se desprende
4. Las subunidades BC continuan desenrollando el ADN para formar la cadena sencilla “INVASORA”
Reparación de DNA por recombinación en bacteria
Rec A
Monómeros de RecA envuelven al ADN de cadena sencilla y promueven su encuentro con una región homóloga de otra doble hélice. Mediante hidrólisis de ATP, RecA facilita que la cadena del donador desplace a la cadena homóloga del receptor, y por lo tanto se empareje con la complementaria de ese receptor. En este proceso se forma una triple hélice transitoria y la “estructura en D”.
Reparación de DNA por recombinación en bacteria
Ruv A se une a las cuatro hebras del intermediario de Holliday
Ruv B es hexámero con actividad de ATPasa que sirve de motor para su movimiento. El consumo de ATP permite girar a la molécula
Ruv C es una endonucleasa que resuelve los intermediarios de Holliday
RuvABC resuelve las uniones Holliday
Reparación de DNA por recombinación en bacteria
Nombre del gen Proteína o función en la reparación de DNA
Genes exclusivos de reparación
polB (dinA) uvrA uvrB umuC umuD sulA recA dinB
Subunidad polimerasa de la DNApol II requerida para comenzar la replicación durante la reparación del DNA en recombinación Subunidades UvrA y UvrB en ABC de la escinucleasa DNA pol V Proteína que inhibe la división celular para dar tiempo a reparación del DNA Proteína RecA requerida para la reparación en recombinación DNA pol IV
Genes involucrados en replicación de DNA que participan en reparación ssb uvrD himA recN
Proteína SSB DNA helicasa II Recombinación sitio específica, replicación, transposición, regulación de la expresión Reparacón en recombinación
La reparación de ADN por recombinación homóloga es parte de la respuesta SOS en bacterias
Enfermedades humanas asociadas a problemas en los mecanismos de reparación
Enfermedad Proceso/Gen afectado Síntomas
Xeroderma Pigmentosa (XP)
Reparación por escisión de nucleótidos (NER)
Fotosensibilidad en ojos y piel, Queratosis, Carcinomas de piel
Ataxia Telangiectasia (A-T) Reconocimiento de daño al ADN
Desarrollo temprano de tumores
Anemia de Fanconi Reparación de ruptura en el ADN
Infertilidad, deformidad del esqueleto, anemia, leucemia
Síndrome de Cockayne Reparación acoplada a transcripción
Susceptibilidad a la luz solar, envejecimiento prematuro, enanismo
Síndrome de Werner Mutación en un gen de ADN helicasa
Envejecimiento prematuro
Síndrome de Bloom Mutación en un gen de ADN helicasa
Hipersensibilidad a Rayos X y a luz solar, carcinomas