Diferença chave – Reparação de incompatibilidade vs Reparação de excisão de nucleótidos
Dezenas e milhares de danos no DNA ocorrem na célula por dia. Induz alterações nos processos celulares, como replicação, transcrição, bem como na viabilidade da célula. Em alguns casos, mutações causadas por esses danos no DNA podem levar a doenças deletérias como câncer e síndromes associadas ao envelhecimento (ex: Progéria). Independentemente desses danos, a célula inicia um mecanismo de reparo em cascata altamente organizado chamado respostas de danos ao DNA. Vários sistemas de reparo de DNA foram identificados no sistema celular; estes são conhecidos como reparo de excisão de base (BER), reparo de incompatibilidade (MMR), reparo de excisão de nucleotídeo (NER), reparo de quebra de fita dupla. O reparo por excisão de nucleotídeos é um sistema altamente versátil que reconhece lesões volumosas de distorção de hélice de DNA e as remove. Por outro lado, o reparo de incompatibilidade substitui bases incorporadas incorretamente durante a replicação. A principal diferença entre o reparo por excisão de nucleotídeos e o reparo por excisão de nucleotídeos é que o reparo por excisão de nucleotídeos (NER) é usado para remover dímeros de pirimidina formados por irradiação UV e lesões volumosas em hélice causadas por adutos químicos, enquanto o sistema de reparo de incompatibilidade desempenha um papel importante na correção de bases mal incorporadas que têm escaparam das enzimas de replicação (DNA polimerase 1) durante a pós-replicação. Além de bases incompatíveis, as proteínas do sistema MMR também podem reparar os loops de inserções/deleções (IDL) que são resultados do deslizamento da polimerase durante a replicação de sequências de DNA repetitivas.
O que é reparo por excisão de nucleotídeos?
A característica mais distinta do reparo por excisão de nucleotídeos é que ele repara os danos de nucleotídeos modificados causados por distorções significativas na dupla hélice do DNA. É observado em quase todos os organismos que foram examinados até o momento. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleases) Uvr D (uma helicase) são as enzimas mais conhecidas envolvidas no NER que desencadeiam o reparo do DNA no organismo modelo Ecoli. O complexo enzimático de múltiplas subunidades Uvr ABC produz os polipeptídeos Uvr A, Uvr B, Uvr C. Os genes codificados para os polipeptídeos acima mencionados são uvr A, uvr B, uvr C. As enzimas Uvr A e B reconhecem coletivamente a distorção induzida por dano que é causada à dupla hélice de DNA, como dimmers de pirimidina devido à irradiação UV. Uvr A é uma enzima ATPase e esta é uma reação autocatalítica. Então Uvr A deixa o DNA enquanto o complexo Uvr BC (nuclease ativa) cliva o DNA em ambos os lados do dano catalisado pelo ATP. Outra proteína chamada Uvr D codificada pelo gene uvrD é uma enzima helicase II que desenrola o DNA que resulta da liberação do segmento de DNA danificado de fita simples. Isso deixa uma lacuna na hélice do DNA. Após a excisão do segmento danificado, uma lacuna de 12-13 nucleotídeos permanece na fita de DNA. Este é preenchido pela enzima DNA polimerase I e o corte é selado pela DNA ligase. ATP é necessário em três etapas desta reação. O mecanismo NER também pode ser identificado em humanos semelhantes a mamíferos. Em humanos, a condição da pele chamada Xeroderma pigmentoso é devido aos dímeros de DNA causados pela irradiação UV. Os genes XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF e XPG produzem proteínas para substituir danos no DNA. As proteínas dos genes XPA, XPC, XPE, XPF e XPG possuem atividade nuclease. Por outro lado, as proteínas dos genes XPB e XPD mostram a atividade helicase que é análoga à Uvr D em E coli.
Figura 01: Reparo por excisão de nucleotídeos
O que é Reparo de Incompatibilidade?
O sistema de reparo de incompatibilidade é iniciado durante a síntese de DNA. Mesmo com a subunidade funcional €, a DNA polimerase III permite a incorporação de um nucleotídeo errado para a síntese a cada 108 pares de bases. As proteínas de reparo de incompatibilidade reconhecem esse nucleotídeo, extirpam-no e o substituem pelo nucleotídeo correto responsável pelo grau final de precisão. A metilação do DNA é fundamental para que as proteínas MMR reconheçam a fita-mãe da fita recém-sintetizada. A metilação do nucleotídeo adenina (A) em um motivo GATC de uma fita recém-sintetizada é um pouco atrasada. Por outro lado, o nucleotídeo de adenina da fita parental no motivo GATC já foi metilado. As proteínas MMR reconhecem a fita recém-sintetizada por essa diferença da fita original e iniciam o reparo de incompatibilidade em uma fita recém-sintetizada antes que ela seja metilada. As proteínas MMR direcionam sua atividade de reparo para extirpar o nucleotídeo errado antes que a fita de DNA recém-replicada seja metilada. As enzimas Mut H, Mut L e Mut S codificadas pelos genes mut H, mut L, mut S catalisam essas reações em Ecoli. A proteína Mut S reconhece sete dos oito possíveis pares de bases incompatíveis, exceto C:C, e se liga ao local do incompatibilidade no DNA duplex. Com ATPs ligados, Mut L e Mut S juntam-se ao complexo posteriormente. O complexo transloca alguns milhares de pares de bases até encontrar um motivo GATC hemimetilado. A atividade de nuclease dormente da proteína Mut H é ativada quando encontra um motivo GATC hemimetilado. Ele cliva a fita de DNA não metilada deixando um corte 5' no nucleotídeo G do motivo GATC não metilado (cadeia de DNA recém-sintetizada). Em seguida, a mesma fita do outro lado da incompatibilidade é cortada por Mut H. No restante das etapas, as ações coletivas de Uvr D uma proteína helicase, Mut U, SSB e exonuclease I extirpam o nucleotídeo incorreto na fita simples ADN. A lacuna que se forma na excisão é preenchida pela DNA polimerase III e selada pela ligase. Um sistema semelhante pode ser identificado em camundongos e humanos. A mutação de hMLH1, hMSH1 e hMSH2 humana está envolvida no câncer de cólon hereditário sem polipose que desregula a divisão celular das células do cólon.
Figura 02: Reparo de incompatibilidade
Qual é a diferença entre o reparo de incompatibilidade e o reparo por excisão de nucleotídeos?
Reparo de incompatibilidade vs Reparo por excisão de nucleotídeos |
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| O sistema de reparo de incompatibilidade ocorre durante a pós-replicação. | Isso está envolvido na remoção de dímeros de pirimidina devido à irradiação U. V e outras lesões de DNA devido ao aduto químico. |
| Enzimas | |
| É catalisada por Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB e exonuclease I. | É catalisada pelas enzimas Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Metilação | |
| É fundamental iniciar a reação. | A metilação do DNA não é necessária para iniciar a reação. |
| Ação das Enzimas | |
| Mut H é uma endonuclease. | Uvr B e Uvr C são exonucleases. |
| Ocasião | |
| Isso acontece especificamente durante a replicação. | Isso acontece quando exposto a UV ou mutagênicos químicos, não durante a replicação |
| Conservação | |
| É altamente conservado | Não é altamente conservada. |
| Preenchimento de lacunas | |
| É feito pela DNA polimerase III. | É feito pela DNA polimerase I. |
Resumo – Reparo de Incompatibilidade vs Reparo de Excisão de Nucleotídeos
Mismatch repair (MMR) e reparo por excisão de nucleotídeos (NER) são dois mecanismos que ocorrem na célula para corrigir danos e distorções no DNA causados por vários agentes. Estes são coletivamente denominados como mecanismos de reparo do DNA. O reparo por excisão de nucleotídeos repara os danos de nucleotídeos modificados, tipicamente aqueles danos significativos da dupla hélice do DNA que ocorrem devido à exposição à irradiação U. V e adutos químicos. As proteínas de reparo de incompatibilidade reconhecem o nucleotídeo errado, extirpam-no e o substituem pelo nucleotídeo correto. Este processo é responsável pelo grau final de precisão durante a replicação.
