La estabilidad de la copia del material genético en un entorno celular
considerado como normal está muy comprometida, por lo que si no hay nada que se
oponga a ello, el número de mutaciones por célula y generación sería de tal
calibre que la vida resultaría difícil o imposible en tales circunstancias. Sin
embargo, como ya se adelantó, la célula ha adquirido a lo largo de la evolución
toda una serie de mecanismos que tienden a reducir el daño que se produce en el
ADN (Wood, 1996). En ocasiones estos actúan haciendo desaparecer el agente
inductor del daño, como es el caso de las enzimas antioxidantes: superóxido
dismutasa (SOD), catalasa, etc., neutralizando de esta forma especies reactivas
del oxígeno, que de otra forma podrían atacar el ADN, mientras que otros
mecanismos (tal vez los más variados) tratarían de reparar el daño producido en
esta molécula.
Reparación directa.
Son sistemas que eliminan directamente el daño del
UV en el DNA, como es el caso de los dímeros de timina. La luz visible activa
la fotoliasa que rompe los dímeros de timina.
Otro ejemplo son las alquiltransferasas y su
actividad consiste en eliminar los grupos alquilo, también se repara la
despurinización gracias a las glicosidasas del ADN.
Dependiente de replicación.
Todas las células contienen endonucleasas que
atacan los sitios que quedan tras la pérdida espontánea de resíduos de purina o
pirimidina. Por comodidad, los sitios sin purina o sin pirimidina se denominan
sitios AP. Las endonucleasas AP son vitales para la célula porque, como se
apuntó con anterioridad, la despurinización espontánea es un hecho
relativamente frecuente. Estas enzimas introducen hendiduras en la cadena
mediante la rotura de enlaces fosfodiésteres en los sitios AP. Esto promueve un
proceso de reparación por escisión medidado por otras tres enzimas: una
exonucleasa, la polimerasa de DNA I y la ligasa de DNA.
Escisión
Esta vía de reparación está determinada por tres
genes denominados uvrA, uvrB y uvrC. Este sistema reconoce cualquier lesión que
cree una distorsión importante en la doble hélice de DNA. Una endonucleasa
denominada nucleasa uvrABC realiza una incisión alejada varios pares de bases a
cualquier lado de la base dañada, eliminándose a continuación un fragmente de
DNA de cadena sencilla. El pequeño hueco se rellena entonces mediante síntesis
de reparación y queda sellado por la ligassa de DNA.
Sistema GO.
Dos glucosilasas actúan conjuntamente para eliminar
las mutaciones causadas por las lesiones que produce en el DNA el 8-oxodG. Las
glucosilasas junto al producto del gen mutT forman el sistema GO.
Cuando se originan lesiones GO en el DNA, por daño
oxidativo espontáneo, una glucosilasa cifrada en el gen mutM elimina la lesión.
Aún así persisten algunas lesiones GO que emparejan erróneamente con adenina.
Una segunda glucosilasa producto del gen mutY elimina la adenina de este
emparejamiento erróneo específico, llevando al restablecimiento de la citosina
correcta por síntesis de reparación.
Sistema SOS.
En E. coli depende de los genes recA, umuC y umuD.
Cuando se encuentra un tramo sin cifrar actúa el sistema SOS.
Se activa la proteína recA que induce la presencia
de las proteínas SulA y SulB que interaccionan con la DNA pol III. Ésta hace
que pierda afinidad y prosiga la síntesis de ADN y dejando el hueco y sin que
la célula muera.
Reparación postreplicativa.
Algunas vías de reparación reconocen errores
incluso después de que haya tenido lugar la replicación. Uno de estos sistemas,
denominado sistema de reparación de emparejamientos erróneos.
Para averiguar cual de las dos bases es la errónea
debe diferenciar entre la cadena progenitora y la cadena hija. Lo diferencia
porque la enzima metiladora metilasa de la adenina tarda varios minutos en
metilar la cadena hija.
Las proteínas mut S y mut L interaccionan con el
sitio mal emparejado y una proteína mutH rompe la cadena recién sintetizada.
Alrededor del emparejamiento erróneo, las cadenas de DNA se separan con ayuda
de una proteína denominada MutU y se estabilizan con SSB. Y las polimerasas
copian el segmento de DNA.
Recuperación
de guaninas metiladas
Una de
las alteraciones que se conocen en el ADN es el caso de la metilación de restos
de guanina para formar O6-metilguanina; en este caso la célula
dispone de una enzima “suicida” que localiza el lugar de la alteración y
seguidamente transfiere el grupo metilo desde la guanina a un resto de cisteína
en su centro activo, la enzima queda ahora inactivada, ya que este proceso no
es reversible.
Reparación
de dímeros de pirimidina
Un
sistema similar actúa en procariotas y en muchos eucariotas, en él interviene
una enzima que detecta dímeros de pirimidina que se producen en restos
adyacentes C-C, C-T (siendo el más frecuente T-T). En procariotas la enzima que
repara esta alteración es la fotoliasa. En primer lugar la enzima localiza el
punto donde se ubica el dímero y seguidamente se posiciona sobre él y repara la
alteración.
Mecanismos de reparación indirecta
En general estos mecanismos actúan eliminando la
base alterada utilizando diferentes estrategias:
Reparación
por escisión de base
En este
caso la base alterada es retirada del ADN por un tipo de enzimas denominados
glicosidasas. Hay varias y cada una se ocupa de un tipo de modificación
(Hipoxantina-ADN glicosidasa, uracil-ADN -glicosidasa, etc.). Cuando estas
retiran la base dañada se genera un sitio AP (también se pueden generar sitios
AP por otras causas), que resultaría muy mutagénico si se dejase sin reparar,
ya que bloquearía la replicación o transcripción del ADN en ese punto, por lo
que seguidamente interviene una endonucleasa que retira el resto de ribosa
fosfato del sitio AP, dejando un hueco de un nucleótido que es rellenado
inmediatamente por la acción de una polimerasa del ADN, por último la hebra es
sellada por la ligasa.
Reparación
por escisión de nucleótido o hebra
Este
mecanismo de reparación es muy similar al anterior, y de hecho comparte con
aquél algunos de sus elementos moleculares. En una primera etapa, el sistema
reconoce el punto de la lesión. Seguidamente actúa una endonucleasa que corta
un pequeño fragmento de la hebra que presenta la lesión a ambos lados de la
misma dejando entre el nucleótido afectado y ambos puntos de corte varios nucleótidos.
Luego se retira esta porción de la hebra al tiempo que una polimerasa de ADN
comienza la síntesis del fragmento que sustituirá al eliminado, tomando como
molde la hebra “sana”.
Mecanismos de reparación por recombinación
Este mecanismo es complejo, y a diferencia de los
hasta ahora estudiados, utiliza una estrategia de recombinación similar a la
que opera en el intercambio de cromátidas que se da en la meiosis, uniendo
regiones homólogas de los cromosomas paternos y maternos. El tipo de
alteraciones que se reparan mediante este mecanismo suelen ser aquellas que,
por diferentes razones, no permiten disponer de hebra molde (rotura de hebras,
apareamientos anómalos entre bases, etc). Este último tipo de anomalía ha de
ser reparada antes de que la zona sea replicada por la polimerasa, ya que de no
ser así se podría bloquear el proceso replicativo en dicho punto o inducir una
mutación permanente en la descendencia celular. Si durante la fase S del ciclo
celular, la polimerasa de ADN se encuentra una alteración que no ha sido
reparada anteriormente, puede ocurrir que introduzca un nucleótido al azar con
el consiguiente riesgo de mutación, o continúe su labor dejando sin replicar la
zona alterada hasta su reparación. En este último caso la solución al problema
consiste en retirar la porción de una de las hebras no replicadas y
seguidamente sintetizar una hebra nueva de ADN por un mecanismo que toma como
molde la hebra complementaria del cromosoma homólogo. Se han descrito varias polimerasas
del ADN que participan en la resolución de problemas de este tipo. En general
estas polimerasas no poseen la alta fidelidad de copia de la polimerasa normal
(la que replica el genoma en la fase S del ciclo celular), por lo que cabe
esperar una tasa de error incrementada con respecto al que presenta esta
última, y parece que cada una de ellas se especializa en solucionar un tipo
específico de alteración.
