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Quais são os genes mutadores que causam erros de cópia em outros genes?

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Lendo o livro de Dawkins, "The Selfish Gene", me deparei com esta linha: "Existem até genes - chamados de mutadores - que manipulam as taxas de erros de cópia em outros genes." (O contexto é seu argumento de que tal gene busca seu melhor interesse matando a concorrência.)

O que são esses genes "mutadores" e como eles funcionam?


Os exemplos mais óbvios são os genes diretamente envolvidos no reparo de incompatibilidade de DNA (MMR), como mutS, mutL, mutH, MLH1 e MLH2.


7.4: Mecanismos de Reparo

  • Contribuição de Ross Hardison
  • T. Ming Chu Professor (Bioquímica e Biologia Molecular) na Universidade Estadual da Pensilvânia

A segunda parte deste capítulo examina as principais classes de processos de reparo do DNA. Estes são:

  • reversão do dano,
  • reparo de excisão de nucleotídeo,
  • reparo de excisão de base,
  • reparo de incompatibilidade,
  • reparo recombinacional, e
  • reparo sujeito a erros.

Muitos desses processos foram os primeiros estudos em bactérias como E. coli, no entanto, apenas alguns são limitados a esta espécie. Por exemplo, o reparo por excisão de nucleotídeos e o reparo por excisão de base são encontrados em virtualmente todos os organismos e foram bem caracterizados em bactérias, leveduras e mamíferos. Como a própria replicação do DNA, a reparação de danos e incorporação incorreta é um processo muito antigo.

Reversão de dano

Alguns tipos de alteração covalente de bases no DNA podem ser revertidos diretamente. Isso ocorre por sistemas enzimáticos específicos que reconhecem a base alterada e quebram as ligações para remover o aduto ou mudar a base de volta à sua estrutura normal.

Fotoreativação é um processo dependente da luz usado pelas bactérias para reverter os dímeros de pirimidina formados pela radiação UV. A enzima fotoliase se liga a um dímero de pirimidina e catalisa uma segunda reação fotoquímica (desta vez usando luz visível) que quebra o anel ciclobutano e reforma os dois timidilatos adjacentes no DNA. Observe que isso não é formalmente o reverso da reação que formou os dímeros de pirimidina, uma vez que a energia da luz visível é usada para quebrar as ligações entre as pirimidinas e nenhuma radiação UV é liberada. No entanto, o resultado é que a estrutura do DNA voltou ao seu estado anterior ao dano por UV. A enzima fotoliase tem duas subunidades, que são codificadas pelo phrA e phrBgenes em E. coli.

Um segundo exemplo da reversão do dano é o remoção de grupos metil. Por exemplo, a enzima O6& # 8209metilguanina metiltransferase, codificada pela adagene em E. coli, reconhece O6& # 8209metilguanina em DNA duplex. Em seguida, remove o grupo metil, transferindo-o para um aminoácido da enzima. A enzima metilada não está mais ativa, portanto, isso foi referido como um mecanismo suicida para a enzima.

Reparo de excisão

O meio mais comum de reparar um dano ou incompatibilidade é cortá-lo do DNA duplex e recopiar a fita complementar restante do DNA, conforme descrito na Figura 7.12. Três tipos diferentes de reparo por excisão foram caracterizados: reparo por excisão de nucleotídeos, reparo por excisão de base e reparo por incompatibilidade. Todos utilizam um cortar, copiar e colar mecanismo. No corteestágio, uma enzima ou complexo remove uma base danificada ou uma cadeia de nucleotídeos do DNA. Para o copiando, uma DNA polimerase (DNA polimerase I em E. coli) irá copiar o modelo para substituir o fio excisado e danificado. A DNA polimerase pode iniciar a síntese a partir de 3 'OH em tA quebra de fita simples (corte) ou lacuna no DNA remanescente no local do dano após a excisão. Finalmente, no colandoNesse estágio, a DNA ligase sela o entalhe restante para dar um DNA reparado intacto.

Figura 7.12. Um esquema geral para reparo por excisão, ilustrando o mecanismo de cortar (etapas 1 e 2), copiar (etapa 3) e colar (etapa 4).

Reparo de excisão de nucleotídeo (NER)

No reparo de excisão de nucleotídeo, as bases danificadas são cortadas dentro de uma sequência de nucleotídeos e substituídas por DNA conforme direcionado pela fita molde não danificada. Este sistema de reparo é usado para remover dímeros de pirimidina formados por radiação UV, bem como nucleotídeos modificados por adutos químicos volumosos. A característica comum de dano que é reparado por excisão de nucleotídeo é que os nucleotídeos modificados causam uma distorção significativa na hélice do DNA. NER ocorre em quase todos os organismos examinados.

Algumas das enzimas mais bem caracterizadas que catalisam este processo são a excinuclease UvrABC e a helicase UvrD em E. coli. Os genes que codificam esta função de reparo foram descobertos como mutantes que são altamente sensíveis a danos de UV, indicando que os mutantes são defeituosos no reparo de UV. Conforme ilustrado na Figura 7.13, tipo selvagem E. coli as células são mortas apenas com doses mais altas de radiação ultravioleta. As cepas mutantes podem ser identificadas que são substancialmente mais sensíveis à radiação UV; estas são defeituosas nas funções necessárias para UV-rresistência, abreviado uvr. Ao coletar um grande número de tais mutantes e testá-los quanto à sua capacidade de restaurar a resistência à radiação UV em combinação, os grupos de complementação foram identificados. Quatro dos grupos de complementação, ou genes, codificam proteínas que desempenham as principais regras no NER, eles são uvrA, uvrB, uvrCe uvrD.

Figura 7.13. Curva de sobrevivência de bactérias expostas à radiação ultravioleta. Culturas de bactérias são expostas a doses crescentes de radiação ultravioleta, plotadas ao longo do eixo horizontal. Amostras de cada cultura irradiada são então semeadas e o número de colônias sobreviventes é contado (plotado como uma função logarítmica no eixo vertical). As cepas mutantes que são mais sensíveis ao dano UV são defeituosas nos genes que conferem UV-rresistência, ou seja, eles estão com defeito em uvr funções.

As enzimas codificadas pelo uvrgenes foram estudados em detalhes. Os produtos polipeptídicos do uvrA, uvrB, e uvrCgenes são subunidades de uma enzima multissubunidade chamada Excinuclease UvrABC. UvrA é a proteína codificada por uvrA, UvrB é codificado por uvrB, e assim por diante. O complexo UvrABC reconhece distorções estruturais induzidas por danos no DNA, como dímeros de pirimidina. Em seguida, ele se divide em ambos os lados do dano. Em seguida, UvrD (também chamado de helicase II), o produto da uvrDgene, desenrola o DNA, liberando o segmento danificado. Assim, para este sistema, as proteínas UvrABC e UvrD realizam uma série de etapas na fase de corte do reparo por excisão. Isso deixa um substrato com lacunas para copiar pela DNA polimerase e colar pela DNA ligase.

As proteínas UvrABC formam um complexo dinâmico que reconhece os danos e faz cortes endonucleolíticos em ambos os lados. Os dois cortes ao redor do dano permitem que o segmento de fita simples contendo o dano seja excisado pela atividade helicase do UvrD. Assim, o complexo dinâmico UvrABC e o complexo UvrBC podem ser chamados excinucleases. Depois que o segmento danificado foi excisado, uma lacuna de 12 a 13 nucleotídeos permanece no DNA. Isso pode ser preenchido por DNA polimerase e o nick restante selado por DNA ligase. Uma vez que o molde não danificado direciona a síntese pela DNA polimerase, o DNA duplex resultante não é mais danificado.

Em mais detalhes, o processo é o seguinte (Figura 7.14). UvrA2 (um dímero) e Uvr B reconhecem o local danificado como um complexo (UvrA) 2UvrB. UvrA2 em seguida, se dissocia, em uma etapa que requer a hidrólise do ATP. Esta é uma reação autocatalítica, uma vez que é catalisada pelo UvrA, que é uma ATPase. Após a dissociação do UvrA, o UvrB (no local danificado) forma um complexo com o UvrC. O complexo UvrBC é a nuclease ativa. Ele faz as incisões de cada lado do dano, em outra etapa que requer ATP. A estrutura do fosfodiéster é clivada em 8 nucleotídeos no lado 5 'do dano e 4-5 nucleotídeos no lado 3'. Finalmente, a helicase UvrD então desenrola o DNA para que o segmento danificado seja removido. O segmento de DNA danificado se dissocia ligado ao complexo UvrBC. Como todas as reações de helicase, o desenrolamento requer hidrólise de ATP para romper os pares de bases. Assim, a hidrólise do ATP é necessária em três etapas desta série de reações.

Figura 7.14.A excinuclease Uvr (A) BC de E. coli reconhece sítios AP, dímeros de timina e outras distorções estruturais e faz cortes em ambos os lados da região danificada. O fragmento de 12-13 nucleotídeos de comprimento é liberado junto com a excinuclease por ação da helicase II.

Como uma excinuclease difere de uma exonuclease e de uma endonuclease?

O reparo por excisão de nucleotídeos é muito ativo em células de mamíferos, bem como em células de muitos outros organismos. O DNA de uma célula normal da pele exposta à luz solar acumularia milhares de dímeros por dia se esse processo de reparo não os removesse! Uma doença genética humana, chamada xeroderma pigmentoso (XP), é uma doença de pele causada por defeito em enzimas que removem lesões UV. Fibroblastos isolados de pacientes individuais com XP são marcadamente sensíveis à radiação UV quando cultivados em cultura, semelhante ao fenótipo mostrado por E. coliuvrmutantes. Essas linhas de células XP podem ser fundidas em cultura e testadas quanto à capacidade de restaurar a resistência aos danos UV. As linhas de células XP que o fazem se enquadram em diferentes grupos de complementação. Vários grupos de complementação, ou genes, foram definidos dessa maneira. Um progresso considerável foi feito recentemente na identificação das proteínas codificadas por cada gene XP (Tabela 7.2). Observe a analogia com as funções bacterianas necessárias para NER. Funções semelhantes também são encontradas na levedura (Tabela 7.2). Proteínas adicionais utilizadas em NER eucariótico incluem hHR23B (que forma um complexo com o sensor de dano de DNA XPC), ERCCI (que forma um complexo com XPF para catalisar a incisão 5 & rsquo para o local do dano), as várias outras subunidades de TFIIH (ver Capítulo 10) e a proteína de ligação de fita simples RPA.

Tabela 7.2: Genes afetados em pacientes XP e proteínas codificadas
Gene Humano Função de Proteína Homólogo a S. cerevisiae Semelhante a E. coli
XPA Liga DNA danificado Rad14 UvrA / UvrB
XPB Helicase 3 & rsquo a 5 & rsquo, componente do TFIIH Rad25 UvrD
XPC Sensor de danos ao DNA (em complexo com hHR23B) Rad4
XPD Helicase 5 & rsquo a 3 & rsquo, componente do TFIIH Rad3 UvrD
XPE Liga DNA danificado UvrA / UvrB
XPF Funciona com ERRC1 para cortar DNA no lado 5 & rsquo do dano Rad1 UvrB / UvrC
XPG Corta DNA no lado 3 & rsquo do dano Rad2 UvrB / UvrC

NER ocorre em dois modos em muitos organismos, incluindo bactérias, leveduras e mamíferos. Um é o reparo global que atua em todo o genoma, e o segundo é uma atividade especializada que está acoplada à transcrição. A maioria dos produtos do gene XP listados na Tabela 2 funcionam em ambos os modos de NER em células de mamíferos. No entanto, XPC (atuando em um complexo com outra proteína chamada hHR23B) é um sensor de danos ao DNA que é específico para o genoma global NER. No NER acoplado à transcrição, o alongamento da RNA polimerase para em uma lesão na fita molde, talvez esta seja a atividade de reconhecimento de danos para este modo de NER. Um dos fatores de transcrição basal que se associa à RNA polimerase II, TFIIH (ver Capítulo 10), também desempenha um papel em ambos os tipos de NER. Uma doença genética rara em humanos, a síndrome de Cockayne (SC), está associada a um defeito específico do reparo acoplado à transcrição. Dois grupos de complementação foram identificados, CSAe CSB. A determinação da natureza e atividade das proteínas codificadas por eles fornecerá informações adicionais sobre o reparo eficiente de fitas de DNA transcritas. O fenótipo dos pacientes com SC é pleiotrópico, mostrando fotossensibilidade e distúrbios neurológicos graves e outros distúrbios do desenvolvimento, incluindo envelhecimento prematuro. Esses sintomas são mais graves do que aqueles observados em pacientes XP sem NER detectável, indicando que o reparo acoplado à transcrição ou as proteínas CS têm funções adicionais àquelas para NER.

Outras doenças genéticas também resultam de uma deficiência na função de reparo do DNA, como a síndrome de Bloom e a anemia de Fanconi. Estas são áreas intensas de pesquisa atual. Um bom recurso para obter informações atualizadas sobre essas e outras doenças hereditárias, bem como sobre genes humanos em geral, é o Online Mendelian Inheritance in Man, ou OMIM, acessível em http://www.ncbi.nlm.nih.gov.

A ataxia telangiectasia, ou AT, ilustra o efeito das alterações em uma proteína não diretamente envolvida no reparo, mas talvez na sinalização necessária para o reparo adequado do DNA. AT é uma doença genética recessiva rara marcada por marcha irregular (ataxia), dilatação dos vasos sanguíneos (telangiectasia) nos olhos e na face, degeneração cerebelar, retardo mental progressivo, deficiências imunológicas, envelhecimento prematuro e um aumento de cerca de 100 vezes na suscetibilidade para câncer. Esse último fenótipo está atraindo muito interesse neste locus, uma vez que os heterozigotos, que compreendem cerca de 1% da população, também têm um risco aumentado de câncer e podem ser responsáveis ​​por até 9% dos cânceres de mama nos Estados Unidos. O gene que é mutado em NO (daqui denominado "ATM") foi isolado em 1995 e localizado no cromossoma 11q22-23.

O gene ATM não parece codificar uma proteína que participa diretamente do reparo do DNA (ao contrário dos genes que causam XP após mutação). Em vez disso, o AT é causado por um defeito em uma via de sinalização celular. Com base em homologias com outras proteínas, o produto do gene ATM pode estar envolvido na regulação do comprimento dos telômeros e na progressão do ciclo celular. O domínio C-terminal é homólogo à fosfatidilinositol-3-quinase (que também é uma proteína quinase Ser / Thr) - daí a conexão com as vias de sinalização. A proteína ATM também possui regiões de homologia com proteínas quinases dependentes de DNA, que requerem quebras, cortes ou lacunas para se ligar ao DNA (via subunidade Ku). A ligação ao DNA é necessária para a atividade da proteína quinase. Isso sugere que a proteína ATM pode estar envolvida no direcionamento da maquinaria de reparo para tais danos.

Reparo de excisão de base

O reparo por excisão de base difere do reparo por excisão de nucleotídeos nos tipos de substratos reconhecidos e no evento de clivagem inicial. Ao contrário do NER, a máquina de excisão de bases reconhece bases danificadas que não causam uma distorção significativa na hélice do DNA, como os produtos de agentes oxidantes. Por exemplo, a excisão de bases pode remover uridinas do DNA, mesmo que um par de bases G: U não distorça o DNA. O reparo por excisão de base é versátil e esse processo também pode remover algumas bases danificadas que distorcem o DNA, como as purinas metiladas. Em geral, o reconhecimento inicial é uma base específica danificada, não uma distorção helicoidal no DNA. Uma segunda diferença importante é que a clivagem inicial é dirigida à ligação glicosídica que conecta a base purina ou pirimidina a uma desoxirribose no DNA. Isso contrasta com a clivagem inicial de uma ligação fosfodiéster no NER.

As células contêm um grande número de glicosilases que reconhecem bases danificadas ou inadequadas, como uracila, do DNA. A glicosilase remove a base danificada ou inadequada catalisando a clivagem da ligação N-glicosídica que liga a base à estrutura de açúcar-fosfato. Por exemplo, uracil-N-glicosilase, o produto da ung gene, reconhece a uracila no DNA e corta a ligação N-glicosídica entre a base e a desoxirribose (Figura 7.15). Outras glicosilases reconhecem e clivam bases danificadas. Por exemplo, a metilpurina glicosilase remove G e A metilados do DNA. O resultado da atividade dessas glicosilases é um sítio apurínico / apirimidínico ou sítio AP (Figura 7.15). Em um sítio AP, o DNA ainda é um duplex intacto, ou seja, não há quebras na estrutura do fosfodiéster, mas uma base se foi.

Em seguida, um AP endonuclease nicks o DNA apenas 5 & rsquo para o sítio AP, fornecendo assim um primer para a DNA polimerase. No E. coli, a função de exonuclease 5 'para 3' da DNA polimerase I remove a região danificada e preenche com o DNA correto (usando a polimerase 5 'para 3', dirigida pela sequência da fita complementar não danificada).

Mecanismos adicionais evoluíram para manter os U&Rs fora do DNA. E. colitambém tem um dUTPase, codificado pelo holandêsgene, que catalisa a hidrólise de dUTP em dUMP. O produto dUMP é o substrato para a timidilato sintetase, que catalisa a conversão de dUMP em dTMP. Isso mantém baixa a concentração de dUTP na célula, reduzindo a chance de que seja usado na síntese de DNA. Assim, a ação combinada dos produtos do holandês+ unggenes ajudam a prevenir o acúmulo de U no DNA.

No reparo por excisão de base, quais enzimas são específicas para um determinado tipo de dano e quais são utilizadas para todos os reparos por essa via?

Figura 7.15. O reparo por excisão de base é iniciado por uma glicosilase que reconhece e remove bases quimicamente danificadas ou inadequadas no DNA. A glicosilase cliva a ligação glicosídica entre a base e o açúcar, deixando um sítio apurínico / apirimidínico. A endonuclease AP pode então cortar o backbone de fosfodiéster 5 & rsquo para o local AP. Quando a DNA polimerase I se liga à extremidade do primer livre no entalhe, sua atividade de exonuclease 5'-3 'corta alguns nucleotídeos à frente da base ausente e sua atividade de polimerização preenche toda a lacuna de vários nucleotídeos.

Reparo de incompatibilidade

O terceiro tipo de reparo por excisão que consideraremos é reparo de incompatibilidade, que é usado para reparar erros que ocorrem durante a síntese de DNA. A revisão durante a replicação é boa, mas não perfeita. Mesmo com uma subunidade e funcional, a DNA polimerase III permite que o nucleotídeo errado seja incorporado cerca de uma vez em cada 108 bp sintetizado em E. coli. No entanto, a taxa de mutação medida em bactérias é tão baixa quanto um erro por 1010 ou 1011 bp. As enzimas que catalisam incompatibilidade repararsão responsáveis ​​por este grau final de precisão. Eles reconhecem nucleotídeos incorporados incorretamente, eliminam-nos e substituem-nos pelos nucleotídeos corretos. Em contraste com o reparo por excisão de nucleotídeos, o reparo de incompatibilidade não opera em adutos volumosos ou grandes distorções na hélice do DNA. A maioria das incompatibilidades são substitutos dentro de uma classe química, e. um C incorporado em vez de um T. Isso causa apenas distorções helicoidais sutis no DNA, e o nucleotídeo incorporado incorretamente é um componente normal do DNA. A capacidade de uma célula de reconhecer uma incompatibilidade reflete a requintada especificidade de MutS, que pode distinguir pares de bases normais daqueles resultantes de incorporação incorreta. Claro, a máquina de reparo precisa saber qual dos nucleotídeos em um par incompatível é o correto e qual foi incorporado incorretamente.Ele faz isso determinando qual fita foi sintetizada mais recentemente e reparando a incompatibilidade na fita nascente.

No E. coli, a metilação de A em um motivo GATC fornece um marcador covalente para a fita parental, assim a metilação do DNA é usada para discriminar as fitas parentais das progênies. Lembre-se de que o barragem metilase catalisa a transferência de um grupo metil para o A da sequência pseudopalindrômica GATC no DNA duplex. A metilação é retardada por vários minutos após a replicação. Nesse intervalo antes da metilação da nova fita de DNA, o sistema de reparo de incompatibilidade pode encontrar incompatibilidades e direcionar sua atividade de reparo para nucleotídeos na fita não metilada recentemente replicada. Assim, os erros de replicação são removidos preferencialmente.

O complexo enzimático MutH-MutL-MutS, ou MutHLS, catalisa o reparo de incompatibilidade em E. coli. Os genes que codificam essas enzimas, mutH, mutLe mutS, foram descobertos porque as cepas portadoras de mutações têm uma alta frequência de novas mutações. Isso é chamado de fenótipo mutador, e daí o nome mutfoi dado a esses genes. Nem todos os genes mutadores estão envolvidos no reparo de incompatibilidade, por exemplo, mutações no gene que codifica a enzima de revisão de DNA polimerase III também têm um fenótipo mutador. Este gene foi descoberto de forma independente em telas de defeitos na replicação do DNA (dnaQ ) e genes mutadores (mutD) Três grupos de complementação dentro do conjunto de alelos mutadores foram implicados principalmente no reparo de incompatibilidade, estes são mutH, mutLe mutS.

MutS reconhecerá sete dos oito pares de bases incompatíveis possíveis (exceto para C: C) e se ligará nesse local no DNA do duplex (Figura 7.16). MutHe MutL (com ATP ligado) então se junta ao complexo, que então se move ao longo do DNA em qualquer direção até encontrar um motivo GATC hemimetilado, que pode estar a alguns milhares de pares de bases de distância. Até este ponto, a função de nuclease de MutH estava dormente, mas é ativada na presença de ATP em um GATC hemimetilado. Ele cliva a fita de DNA não metilada, deixando um entalhe 5 'em relação ao G na fita contendo o GATC não metilado (isto é, a nova fita de DNA). A mesma fita é cortada do outro lado da incompatibilidade. As enzimas envolvidas em outros processos de reparo e replicação catalisam as etapas restantes. O segmento de DNA de fita simples contendo o nucleotídeo incorreto deve ser excisado por UvrD, também conhecido como helicase II e MutU. SSB e exonuclease I também estão envolvidos na excisão. À medida que o processo de excisão forma a lacuna, ela é preenchida pela ação combinada da DNA polimerase III (Figura 7.16.).

Figura 7.16 (parte 1). Reparo de incompatibilidade por MutHLS: reconhecimento de incompatibilidade (mostrado em vermelho), identificando a nova fita de DNA (usando o GATC hemimetilado mostrado em azul) e corte para englobar o GATC não metilado e o nucleotídeo misincorporated (vermelho G).

Figura 7.16 (parte 2). Reparo de incompatibilidade: excisão do DNA com o nucleotídeo incorretamente incorporado bu Uvr D (auxiliado pela exonuclease I e SSB), preenchimento da lacuna pela DNA polimerase III e ligação.

O reparo de incompatibilidade é altamente conservado, e a investigação desse processo em camundongos e humanos está fornecendo novas pistas sobre mutações que causam câncer. E. coli genes mutLe mutSforam identificados em muitas outras espécies, incluindo mamíferos. O principal avanço veio da análise de mutações que causam um dos cânceres hereditários mais comuns, câncer de cólon hereditário não polipose(HNPCC). Alguns dos genes que, quando mutados, causam esta doença codificam proteínas cujas sequências de aminoácidos são significativamente semelhantes às de dois dos E. colienzimas de reparo incompatíveis. Os genes humanos são chamados hMLH1(para humanos mutLhomólogo 1), hMSH1, e hMSH2(para humanos mutS homólogo 1 e 2, respectivamente). Trabalhos subsequentes mostraram que essas enzimas em humanos estão envolvidas no reparo de incompatibilidades. Presumivelmente, o aumento da frequência de mutação em células deficientes no reparo de incompatibilidade leva ao acúmulo de mutações em proto-oncogenes, resultando em desregulação do ciclo celular e perda do controle normal sobre a taxa de divisão celular.

Os homólogos humanos para enzimas bacterianas envolvidas no reparo de incompatibilidade também estão implicados em funções homólogas. Dados os homólogos humanos discutidos acima, quais funções enzimáticas encontradas no reparo de incompatibilidade bacteriana também são encontradas em humanos? Quais funções estão faltando e, portanto, são provavelmente realizadas por uma enzima não homóloga às usadas no reparo de incompatibilidade bacteriana?

Reparo de recombinação (sistema de recuperação)

Nos três tipos de reparo por excisão, os nucleotídeos danificados ou incorporados incorretamente são retirados do DNA e a fita remanescente de DNA é usada para a síntese da sequência correta de DNA. No entanto, essa fita complementar nem sempre está disponível. Às vezes, a DNA polimerase precisa ser sintetizada após uma lesão, como um dímero de pirimidina ou um sítio AP. Uma maneira de fazer isso é parar em um lado da lesão e então retomar a síntese cerca de 1000 nucleotídeos mais abaixo. Isso deixa uma lacuna no fio oposto à lesão (Figura 7.17).

A informação necessária na lacuna é recuperada da molécula filha normal trazendo uma única fita de DNA, usando recombinação mediada por RecA (ver Capítulo VIII). Isso preenche a lacuna oposta ao dímero, e o dímero agora pode ser substituído por reparo por excisão (Figura 7.17). A lacuna resultante na filha (anteriormente) normal pode ser preenchida pela DNA polimerase, usando o bom modelo.

Figura 7.17. Reparo de recombinação, um sistema para recuperação de informações

Síntese de Translesão

Como acabamos de descrever, a DNA polimerase pode pular uma lesão na fita molde, deixando uma lacuna. Ele tem outra opção quando tal lesão é encontrada, que é a síntese de DNA de uma maneira não direcionada ao molde. Isso é chamado síntese de translesão, síntese de bypass ou reparo sujeito a erros. Este é o último recurso para reparo de DNA, por ex. quando o reparo não ocorreu antes da replicação. Na replicação de translesão, a DNA polimerase muda de síntese direcionada por modelo para catalisar a incorporação de nucleotídeos aleatórios. Esses nucleotídeos aleatórios são geralmente mutações (ou seja, em três de quatro vezes), portanto, esse processo também é denominado reparo sujeito a erros.

A síntese de transição usa os produtos do umuCe umuDgenes. Esses genes são nomeados para o vocêV nãomufenótipo de mesa de mutantes defeituosos nestes genes

Questão 7.11. Por que as mutações em genes necessários para a síntese de translesão (reparo sujeito a erros) levam a um nãofenótipo mutável?

UmuD forma um homodímero que também se complexifica com UmuC. Quando a concentração de DNA de fita simples e RecA são aumentados (por danos ao DNA, consulte a próxima seção), RecA estimula uma atividade autoprotease em UmuD2 para formar UmuD & rsquo2. Esta forma clivada agora está ativa na síntese translesional. O próprio UmuC é uma DNA polimerase. Um complexo multissubunidades contendo UmuC, o UmuD & rsquo ativado2 e a subunidade a da DNA polimerase III catalisa a síntese translesional. Homólogos da polimerase UmuC são encontrados em leveduras (RAD30) e humanos (XP-V).

A SOSresponse

Uma bateria coordenada de respostas a danos no DNA em E. colié referido como a resposta SOS. Este nome é derivado da chamada de socorro marítimo, & ldquoSOS & rdquo para & quotSave Our Ship & quot. O acúmulo de danos ao DNA, e. de altas doses de radiação que quebram a espinha dorsal do DNA, irão gerar regiões de fita simples no DNA. As quantidades crescentes de DNA de fita simples induzem funções SOS, que estimulam tanto o reparo da recombinação quanto a síntese translesional que acabamos de discutir.

As proteínas-chave na resposta SOS são RecA e LexA. RecA se liga a regiões de fita simples no DNA, o que ativa novas funções na proteína. Uma delas é a capacidade de ativar ainda mais uma atividade proteolítica latente encontrada em várias proteínas, incluindo o repressor LexA, o UmuDproteína e o repressor codificado pelo bacteriófago lambda (Figura 7.18). RecA ativada pela ligação ao DNA de fita simples não é em si uma protease, mas serve como uma co-protease, ativando a função proteolítica latente em LexA, UmuD e algumas outras proteínas.

Na ausência de danos apreciáveis ​​ao DNA, a proteína LexA reprime muitos operons, incluindo vários genes necessários para o reparo do DNA: recA, lexA, uvrA, uvrB e umuC.Quando o RecA ativado estimula sua atividade proteolítica, ele se cliva (e outras proteínas), levando à indução coordenada dos operons regulados por SOS (Figura 7.18).

Figura 7.18. RecA e LexA controlam a resposta SOS.


Erros de cópia de DNA podem ser a causa mais comum de câncer


Os pesquisadores dizem que a maioria das mutações que causam câncer pode não ser o resultado de fatores ambientais ou hereditariedade, mas de erros criados no processo de replicação do DNA. Eles publicaram suas descobertas no jornal Ciência.

O câncer surge quando algo dá errado nas células do corpo. Eles começam a se dividir, como as células normais, mas depois não param. Isso pode acontecer por três motivos. Primeiro, uma pessoa pode herdar genes que são pré-programados para iniciar essa divisão celular anormal. Em segundo lugar, a exposição a substâncias nocivas, como fumaça de cigarro, luz solar ou álcool, sobrecarrega o corpo e danifica o DNA de uma pessoa, aumentando o risco de surgirem mutações.

A terceira razão - cópia defeituosa do DNA - é menos conhecida e geralmente considerada menos problemática do que a hereditariedade ou fatores ambientais.

Mas os autores do novo artigo dizem que entendemos tudo ao contrário. Eles examinaram mutações causadoras de câncer em 17 tipos de câncer diferentes, incluindo pancreático, ósseo, pulmonar e de próstata, e identificaram as mutações com maior probabilidade de causar cada tipo de câncer. Em seguida, eles criaram um modelo matemático usando registros de incidência real de câncer em 69 países ao redor do mundo - representando 4,8 bilhões de pessoas, ou dois terços da população mundial - e amostras genéticas de pessoas com câncer.

Seus resultados variaram de acordo com o tipo de câncer. As mutações que levam ao câncer de pulmão eram, como se acreditava, mais prováveis ​​de serem causadas por fatores ambientais como o fumo. Mas outros tipos de câncer eram muito mais prováveis ​​de surgir de erros de cópia. A probabilidade do câncer pancreático ser causado por erros de replicação do DNA era de 77 por cento para câncer de próstata, osso e cérebro, o número chegava a 95 por cento.


O co-autor Bert Vogelstein, do Johns Hopkins Kimmel Cancer Center, diz que os resultados de sua equipe devem levar a uma grande mudança na maneira como pensamos sobre o risco, diagnóstico e tratamento do câncer.

“Você pode reduzir sua chance de erros tipográficos certificando-se de que não está sonolento ao digitar e de que algumas teclas não estão faltando no teclado. Mas erros de digitação ainda ocorrerão porque ninguém pode digitar perfeitamente ", disse ele em um comunicado." Muitas pessoas ainda desenvolverão câncer devido a esses erros de cópia aleatória de DNA, e métodos melhores para detectar todos os cânceres mais cedo, embora ainda sejam curáveis, são necessário com urgência. ”


Quais são os genes mutadores que causam erros de cópia em outros genes? - Biologia

Alterações em genes envolvidos no reparo de mutações de DNA (mut genes) resultam em um aumento da frequência de mutação e melhor adaptabilidade da bactéria a condições estressantes. As cepas do genótipo W-Beijing exibiram alterações missense únicas em três supostas mut genes, incluindo dois dos mutT tipo (Rv3908 e mutT2) e ogt. Esses polimorfismos foram considerados característicos e exclusivos da linhagem filogenética de W-Beijing. Análise do mut genes em 55 isolados representativos de W-Beijing sugerem uma aquisição sequencial das mutações, elucidando uma via plausível da evolução molecular desta família clonal. A aquisição de mut os genes podem explicar em parte a capacidade dos isolados do tipo W-Beijing de se adaptarem rapidamente ao ambiente.

A tuberculose (TB) e a AIDS causam mais mortes em adultos em todo o mundo do que qualquer outra doença infecciosa. Globalmente, o número de casos de TB está crescendo a uma taxa de 2% ao ano. A resistência, especialmente a multirresistência (MDR), é um problema crescente (1) e um perigo crescente para a saúde humana. Muitos surtos de MDR-TB, definidos como resistência a pelo menos rifampicina e isoniazida, foram relatados, com resposta fraca à terapia e taxas de doença e mortalidade muito altas. Alguns surtos de TB envolveram pacientes com coinfecção por HIV (2,3) Embora em vários casos, surtos de MDR associados a um determinado genótipo, como a cepa W, tenham sido identificados (4,5), as variantes da cepa W suscetíveis a drogas são responsáveis ​​pela maior parte desse grupo de isolados caracterizados até o momento.

Figura 1. Padrões característicos de Mycobacterium tuberculosis Cepas do genótipo de Pequim.

Em 1995, a maior proporção da Mycobacterium tuberculosis cepas de Pequim, China, compartilham um alto grau de similaridade em IS6110 padrões de polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição (RFLP) e padrões de espoligo idênticos (6) Análises moleculares subsequentes indicaram que os isolados W e Beijing constituem um único grupo de cepas designado como genótipo W-Beijing (Figura 1). A distribuição global e o sucesso de M. tuberculosis isolados do genótipo W-Beijing levaram à hipótese de que essas cepas podem ter vantagens seletivas sobre outras M. tuberculosis Deformação. Além da cepa W-MDR identificada na cidade de Nova York e áreas em Cuba, Estônia, Vietnã e Rússia, o genótipo W-Beijing foi significativamente associado à resistência aos medicamentos (dados 7 e não divulgados). Vários estudos sugeriram que as cepas do genótipo W-Beijing estão se disseminando em todo o mundo (7) No Vietnã, a proporção de cepas W-Beijing foi de 71% em pacientes com & lt25 anos de idade e 41% para aqueles com & gt25 anos de idade (8) Além disso, as cepas de W-Beijing foram implicadas em várias epidemias de TB em todo o mundo, incluindo aquelas em Nova York, Texas, Califórnia, Carolina do Sul e Nova Jersey nos Estados Unidos (9) e África do Sul, Rússia e Espanha (10) Um estudo recente mostrou que 82% das cepas MDR isoladas em uma prisão no Azerbaijão, Europa Oriental, são do genótipo W-Beijing (11).

A pesquisa em andamento está focada na identificação dos fatores responsáveis ​​pela disseminação mundial das cepas W-Beijing e sua capacidade de se adaptar e aumentar sua patogenicidade ou virulência. Identificar um possível mecanismo para aumentar a adaptação dessas bactérias ao sistema imunológico de defesa do hospedeiro humano ou intervenções humanas, como o tratamento anti-TB, é de extrema importância. Esses mecanismos podem indicar como a bactéria se adapta ao hospedeiro, um pré-requisito para um maior acúmulo de mutações genômicas associadas à resistência. No M. tuberculosis, resistência a antibióticos ocorre por causa de mutações genômicas em certos genes, como o katG gene para resistência à isoniazida (INH) e o rpoB gene para resistência à rifampicina (12) Em contraste com vários outros patógenos com fenótipos MDR, plasmídeo ou mecanismos de resistência mediados por transposon não foram relatados em M. tuberculosis (1315) Uma vez que a resistência a bacteriostáticos em M. tuberculosis é exclusivamente devido a mutações genômicas, a bactéria se beneficiaria de um aumento na taxa de mutação.

Estudos recentes forneceram evidências para um papel dos fenótipos mutadores no surgimento de casos clínicos MDR Pseudomonas isolados (16) Esses fenótipos não apenas permitem que as bactérias adquiram resistência aos antibióticos com mais facilidade, mas também facilitam sua adaptação a um novo nicho. As bactérias podem escapar da vigilância imunológica modulando a resistência bacteriana aos mecanismos de defesa do hospedeiro (1618) Essa descoberta nos levou a investigar se uma situação semelhante existe em M. tuberculosis. Realizamos uma análise de sequência comparativa abrangente de genes-alvo selecionados para avaliar e estudar a presença de mutações em genes putativos esperados para desempenhar um papel na frequência de mutação em tais cepas.

Os fenótipos mutados comumente resultam de defeitos no reparo do DNA (19) Uma análise in silico sugeriu que a maioria dos sistemas de reparo incompatíveis (por exemplo, mutS, mutL, ou mutH) estavam faltando no M. tuberculosis genoma20) No entanto, a frequência de mutações espontâneas em M. tuberculosis (culturas in vitro) é semelhante ao encontrado em outros sistemas de reparo de incompatibilidade portadores de bactérias (21), o que sugere que outros mecanismos de reparo de DNA devem estar presentes. Quadros de leitura aberta hipotéticos (ORF), semelhantes a genes conhecidos por serem responsáveis ​​pela prevenção ou reparo de lesões de DNA resultantes da alquilação ou oxidação de nucleotídeos, estão presentes no genoma de M. tuberculosis. Buscamos variações nesses genes em 139 isolados clínicos para detectar possíveis mutações que pudessem permitir uma maior adaptabilidade ao hospedeiro e maior resistência aos medicamentos anti-TB.

Métodos

Nós procuramos por mut variação de genes em 139 M. tuberculosis cepas complexas originárias de 35 países diferentes. Noventa e quatro dessas cepas foram selecionadas porque eram cepas representativas caracterizadas com 13 marcadores genéticos diferentes em estudos anteriores (6,22).

Este conjunto compreendeu 125 M. tuberculosis cepas, 1 M. africanum, 8 M. bovis, 3 M. bovis BCG e 2 M. microti. Cinquenta e cinco cepas tinham um genótipo W-Beijing 12 tinha um fenótipo MDR. Cepas representando diferentes ramos do genótipo W-Beijing foram estudadas. Oito MDR M. tuberculosis cepas com genótipo diferente de Pequim foram incluídas. Cinco M. tuberculosis cepas do genótipo W-Beijing e três cepas de genótipo não relacionado foram obtidas do programa nacional de vigilância da tuberculose MDR na Espanha. Quatro M. tuberculosis As cepas do genótipo W-Beijing isoladas na Holanda e uma do Vietnã foram incluídas porque mostraram padrões de spoligo com menos de nove espaçadores. Cinco outras cepas do genótipo W-Beijing mostraram hibridização com um espaçador adicional, conforme demonstrado pelo uso do conjunto estendido de espaçadores, dois dos quais não tinham hibridização com o espaçador 37. A cepa W4 é parte de um surto suscetível a drogas em Nova Jersey (4) W147 é um isolado resistente a medicamentos amplamente difundido na Rússia (23) Onze cepas foram representativas de cepas ancestrais de W-Beijing, que divergiram no início da evolução da linhagem filogenética de W-Beijing. Finalmente, 29 cepas de outro genótipo frequentemente observado, o genótipo Haarlem (6), foram investigados.

A coleção consistia em 55 isolados do genótipo W-Beijing, 29 isolados do genótipo Haarlem, 8 cepas do genótipo africano, 1 M. bovis cepa e 46 representantes de outros genótipos.Agrupamento genético principal (PGG), de acordo com o polimorfismo em katG e gyrA, era conhecido (24) para a maioria dos isolados neste estudo. Setenta e quatro cepas pertencem a PGG 1, 54 a PGG 2 e 3 a PGG 3. Todos os isolados foram submetidos a pelo menos IS6110 Tipagem RFLP e spoligotyping (6) A susceptibilidade ao medicamento foi determinada para 41 das 139 cepas (Tabela 1 e 2). Vários putativos mut genes foram anotados como tais na sequência do genoma liberado de M. tuberculosis (25) Além disso, usando o programa BLAST (26), identificamos Rv3908 como uma ORF que carrega um mutT domínio (27) e, desde então, nomeou-o mutT4.

Os primers foram concebidos para amplificar o putativo mut genes: mutY (5′-CCGGCGACGAATCGCTCGTT-3 ′, 5′-AGCTGGGACAGTCGTCGCGG-3 ′), mutM (5′-CTGGTTCGATGGTGATGACC-5 ′, 5′-GTGCGCTCGACCCACAG-3 ′), mutT2 (5′-TCCGGATGATGATTTACCTCC-3 ′, 5′-TCCGCCGGGTCGGGGAC-3 ′), mutT1 (5′-ATCGTCGGCGTGCCGTG-3 ′, 5′-GTCAGCGTCCTGCCCGG-3 ′), mutT4 (5′-TCGAAGGTGGGCAAATCGTG-3 ′ 5′-TGGGGTTCGCTGGAAGTGG – 3 ′), ogt (5′-CAGCGCTCGCTGGCGCC-3 ′, 5′-GACTCAGCCGCTCGCGA-3 ′), e mut T3 (5′-GTCACGTCTGTTAGGACCTC-3 ′, 5′-CGCGCAACGGCTGCCGG-3 ′). Primers semelhantes foram projetados para amplificar o rpoB gene (5′-TACGGTCGGCGAGCTGATCC-3 ′, 5′-TACGGCGTTTCGATGAACC-3 ′).

O sequenciamento de DNA foi realizado diretamente nos fragmentos amplificados usando o método de terminação de cadeia didesoxi com o Big Dye Terminator Cycle sequencing Kit (Perkin Elmer Applied Biosystems, Courtaboeuf, França) em um sistema 9600 de reação em cadeia da polimerase (PCR) GeneAmp (Perkin Elmer) e executado em um modelo de sistema de análise de DNA 373 ou 3100 (Applied Biosystems). Seqüências de mutY, mutT2, mutT4, rpoB, mutT1, mutT3, e ogt do M. tuberculosis as cepas H37Rv, CDC1551 e MT210 foram obtidas a partir de sequências publicadas ou no site do TIGR (disponível em: URL: http://www.tigr.org/).

Resultados

Pesquisamos a variação do alelo em genes putativos que codificam para enzimas de reparo de DNA: mutT (que hidrolisa trifosfato de 8-oxo-desoxiguanosina) (28), ogt (que remove grupos metil de O6-metilguanina no DNA) (29), mutM (formamidopirimidina-glicosilato de DNA) (30), e mutY (glicosilato de adenina específico) (31) em 12 MDR M. tuberculosis Deformação. Posteriormente, nós genotipamos para a variação observada de polimorfismo de nucleotídeo único (SNP) em 124 cepas, membros da M. tuberculosis complexo, e nas três sequências publicadas de M. tuberculosis Deformação. No total, a amostragem compreende 55 genótipos W-Beijing M. tuberculosis cepas, incluindo 11 isolados ancestrais de W-Beijing (dados não publicados), 84 M. tuberculosis cepas de outros genótipos, e 1 M. bovis cepa.

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Figura 2. Alinhamento de sequências de proteínas MutT. Mycobacterium tuberculosis Rv2985 (MutT1), Rv1160 (MutT2), Rv0413 (MutT3) e Rv3908 (MutT4) foram selecionados a partir do M. tuberculosis genoma por causa de sua anotação ou após uma análise BLAST. Essas sequências foram comparadas.

Vários putativos mut genes foram anotados como tais na sequência do genoma liberado de M. tuberculosis. Uma pesquisa BLAST usando o E. coli mutT sequências como modelo identificado, além de mutT1, mutT2, mutT3, a ORF Rv3908 hipotética, que designamos como mutT4. As melhores correspondências com E. coli mutT gene foram observados por mutT2 e mutT4. A Figura 2 representa o alinhamento da sequência da região conservada dos diferentes genes do M. tuberculosis genoma mostrando semelhança com mutT do E. coli. A busca por sequências semelhantes a ogt, mutM, e mutY identificou uma única ORF em cada caso. Os primers foram concebidos para a amplificação por PCR de todos os genes mencionados acima.

Primeiro determinamos as sequências dos diferentes genes mencionados acima em 12 MDR M. tuberculosis cepas (ZA20, ZA65, ZA67, ZA68, ZA69, ZA11, ZA16, ZA12, ZA13, ZAA14, ZA17 e ZA19), incluindo 5 cepas W-Beijing (ZA20, ZA65, ZA67, ZA78 e ZA69). Para o mutY, mutM, mutT1, e mutT3 genes putativos, a amplificação por PCR foi obtida em todas as cepas testadas, mas a análise de sequência não indicou quaisquer alterações de nucleotídeos nesses loci, exceto para o mesmo SNP silencioso em mutT3 em cepas com genótipo Haarlem. Confirmamos essas descobertas por sequenciamento mutT1, mutT3, mutM, e mutY em uma coleção de 26 cepas MDR do Norte da África. Nenhuma variação foi observada em mutT1 ou mutM. Apenas uma cepa teve uma grande variação em mutY. Todas as cepas de Haarlem carregavam uma mutação silenciosa característica em mutT3 e uma mutação característica em ogt (Ser 15 substituído por Thr). Esses SNPs de definição também foram observados para todas as cepas de Haarlem deste estudo. Nenhuma outra variação foi observada em mutT1, mutT3, mutM, ou mutY. No entanto, a análise comparativa da sequência de H37Rv, CDC1551 e os cinco isolados MDR-W-Beijing indicaram polimorfismos em mutT2, mutT4, e ogt. Essas mutações em mutT4, mutT2, e ogt também foram encontrados na cepa W-Beijing 210 (TIGR), mas não em outras cepas MDR além daquelas pertencentes ao genótipo W-Beijing. Portanto, decidimos estender esta investigação e procurar mutações nesses três genes em uma coleção de M. tuberculosis isolados complexos, incluindo ramos bem definidos da linhagem filogenética W-Beijing (Tabela 1 e 2).

Em 43 das 55 cepas com genótipo W-Beijing, suscetíveis a bacteriostato ou MDR, encontramos uma mutação em mutT4. O códon 48 (CGG) da ORF anotada foi alterado para GGG, resultando na substituição do aminoácido Arg por Gly (Tabela 1 e 2). Todos os 11 isolados de W-Beijing conhecidos por estarem intimamente relacionados à cepa ancestral W-Beijing (AM, HI, N16, DU2, DV, LB2, KY, IK, 122 (C11), 113 e 107 (LB)) foram encontrados ter o genótipo de tipo selvagem como todos os outros 84 isolados com um genótipo diferente de W-Beijing.

Trinta e nove das 43 cepas W-Beijing com a mutação em mutT4 carregava uma mutação adicional em mutT2 e em ogt. o mutT2 mutação constitui uma mudança no códon 58 (GGA para CGA), resultando em uma substituição de aminoácido de Gly por Arg. O site ativo do E. coli A enzima MutT compreende os aminoácidos 53, 56, 57 e 98. Portanto, uma mutação de Gly em Arg na posição 58 pode ter um efeito importante na atividade da enzima e levar a um fenótipo mutador.

Todos os 39 isolados de W-Beijing transportando o mutT2 polimorfismo no códon 58 também exibiu uma mutação silenciosa simultânea no códon 12 (Gly GGG para GGA Gly) do ogt gene. Dos quatro possíveis códons que codificam para glicina, GGG e GGA tiveram o menor uso de códon sinônimo relativo (RSCU) em genes com altos níveis de expressão (0,20 e 0,17, respectivamente, em comparação com 1,32 e 2,31 para GGU e GGC). Para genes com baixos níveis de expressão, os valores de RSCU são 0,92, 0,37, 0,65 e 2,06 para GGG, GGA, GGU e GGC, respectivamente (32).

Figura 3. Representação esquemática de um caminho plausível para explicar o acúmulo de mutações em mut genes.

Os cinco isolados de W-Beijing com uma mutação em mutT4 e um tipo selvagem mutT2 gene não continha o ogt mutação silenciosa no códon 12 também. Em vez disso, todos eles compartilharam uma substituição de dinucleotídeo no códon 37 (ACC para CTC) de ogt, resultando na substituição de aminoácidos de Arg por Leu. Estes cinco isolados W-Beijing de 43 com o mutT4 mutações, sem o mutT2 (códon 58) ou o ogt (códon 12) mutações, diferiam molecularmente de todos os outros isolados de W-Beijing em seu padrão de espoligótipo e exclusão acompanhante flanqueando o locus DR. Quatro de cinco foram isolados de pacientes holandeses na Holanda, o quinto teve origem em um paciente no Vietnã. O isolado vietnamita (nº 94) compartilhou & gt95% IS6110 similaridade de padrão com o isolado holandês 115 quando a análise RFLP padrão foi usada. No geral, os cinco isolados estavam intimamente relacionados entre si de acordo com IS6110 criação de perfil (& gt90% de semelhança). O espaçador 37 no locus DR dos isolados holandeses 114 e 139 estava ausente, enquanto a amostra 115 estava faltando os espaçadores 37 e 38 e 111 tinha uma deleção dos espaçadores 38 e 39, mas não o espaçador 37, sugerindo que esses isolados podem pertencer a uma sub-linhagem diferente . Uma tentativa de filogenia das cepas W-Beijing analisadas neste estudo é proposta na Figura 3. Sete das nove cepas MDR W-Beijing carregavam mutações missense em duas muT genes (mutT2 e mutT4), e dois tinham uma mutação missense em ambos mutT4 e ogt (Tabela 1 e 2).

Sem mutações em mutT4 ou em mutT2 foram observados em qualquer um dos 84 M. tuberculosis cepas complexas, incluindo 19 cepas de PGG1, 54 cepas de PGG2 e 2 cepas de PGG3, as cepas se originaram de 29 países e eram um genótipo diferente de W-Beijing. Uma mutação Thr15Ser foi observada em 24 das 29 cepas da família Harlem. Nenhuma outra mudança foi observada em ogt.

A resistência à rifampicina em cepas MDR foi correlacionada com mutações no rpoB gene. As três cepas testadas MDR W-Beijing isoladas na Espanha, com as mutações no mutT2 e mutT4 loci, abrigava uma mutação diferente no rpoB gene. Essas cepas foram isoladas de pacientes que emigraram da Europa Oriental para a Espanha (ZA67, ZA68 e ZA69). Análise do SI6110 O RFLP dos respectivos isolados apresentou diferença de uma única banda. Esses achados sugerem que as três cepas podem estar relacionadas. A aquisição das três mutações diferentes no rpoB gene que leva à resistência à rifampicina deve ter ocorrido após a aquisição de mutações nos genes da enzima de reparo de nucleotídeos putativos mutT4 e mutT2.

Discussão

Nossos resultados mostram que M. tuberculosis cepas do genótipo W-Beijing adquiriram mutações missense em genes de reparo de DNA. Esses M. tuberculosis As cepas do genótipo W-Beijing são geneticamente altamente conservadas e amplamente distribuídas. Genes de reparo de DNA foram previamente mostrados para serem associados a fenótipos mutadores em outros microrganismos. O sucesso desse grupo de cepas pode resultar em parte de mutações em enzimas de reparo de DNA, o que pode proporcionar uma verdadeira vantagem seletiva para que essas bactérias se adaptem e persistam, inclusive por meio da aquisição de resistência aos medicamentos anti-TB. Mutações nos genes de reparo do DNA podem ser a resposta evolutiva do bacilo da TB para aumentar a adaptação aos hospedeiros. Essa adaptação levará a tendências crescentes na epidemia de TB nas próximas décadas. A Organização Mundial da Saúde considera o MDR e a resistência como um problema de importância local e não global (1) Se a contribuição relativa das cepas do genótipo W-Beijing para a atual epidemia mundial de TB está aumentando conforme sugerido (7), essa abordagem deve ser revisada. Em áreas com um problema crescente com MDR-TB, como a Estônia e a Rússia, as cepas do genótipo W-Beijing são predominantemente associadas a casos de MDR (33) Na Alemanha, a proporção relativa de cepas W-Beijing entre isolados de casos resistentes aumentou de 12% em 1995 para 35% em 2000 (dados não publicados). A última observação pode indicar uma influência crescente das cepas de W-Beijing na epidemia mundial de tuberculose.

Identificamos polimorfismos em M. tuberculosis em genes que podem resultar em um fenótipo mutador e, portanto, uma adaptação plausivelmente melhor dos bacilos a um ambiente hostil (34) Quarenta e três dos 55 isolados de W-Beijing analisados ​​apresentaram uma mutação única no ORF Rv3908. Este ORF contém um domínio MutT e é denotado aqui como mutT4. Trinta e nove das 43 cepas de W-Beijing carregavam uma mutação adicional e idêntica em um segundo gene putativo do mutT família, mutT2, e uma mutação silenciosa idêntica em ogt.

A linhagem filogenética W-Beijing provavelmente adquiriu a mutação no códon 48 do mutT4 apenas uma vez e antes de outras mutações associadas aos genes mutadores que descrevemos. Esta mutação distingue claramente isolados ancestrais de W-Beijing de cepas contemporâneas de W-Beijing. Os 11 isolados W-Beijing que não tinham a característica mutT4 mutação no códon 48, consiste em uma coleção de isolados conhecidos por serem ancestrais dentro desta linhagem filogenética, conforme determinado por várias outras técnicas moleculares (dados não publicados).

Nove das cepas W-Beijing com o tipo selvagem mutT2 gene tinha uma mutação característica no códon 37 do ogt gene, o que sugere que esses isolados constituem um ramo da família W-Beijing que divergiu após a aquisição do mutT4 mutação, mas antes do desenvolvimento da substituição de nucleotídeos em mutT2. Uma cepa carrega a mutação 37 em ogt mas nenhuma mutação em mutT4, uma reversão que pode ter ocorrido após um fenótipo mutador transitório.

Uma mutação em mutT2 sempre foi associado a uma mutação em muT4. Uma primeira mutação pode ter ocorrido em mutT4 e, posteriormente, uma segunda mutação em mutT2 ou ogt foi adquirido. Conforme observado para outras populações bacterianas, os fenótipos mutadores podem ser transitórios em muitos casos para limitar os efeitos deletérios (35) Identificar essas mutações pode ajudar na identificação de mut genes em M. tuberculosis. Essas mutações associadas a genes mutadores fornecem uma ferramenta confiável para a identificação de isolados de W-Beijing e, portanto, um marcador útil para cepas dotadas de capacidade de produzir epidemias. As consequências biológicas dessas mutações e a função desses genes de reparo de DNA estão atualmente sendo investigadas em laboratório.

Nove cepas MDR com um genótipo W-Beijing estavam entre as cepas que carregam duas mutações missense em genes mutadores putativos. Filogeneticamente não relacionado M. tuberculosis Os isolados MDR não tinham mutações nos genes de reparo de DNA investigados neste estudo. Nossos dados apóiam a ideia de que M. tuberculosis cepas do genótipo W-Beijing podem ter se adaptado a ambientes hostis, incluindo exposição a drogas anti-TB, por causa de uma sucessão de alterações nas enzimas de reparo do DNA. Outros genes envolvidos em outros mecanismos de reparo do DNA ou na fidelidade da replicação do DNA também podem estar envolvidos e ainda precisam ser investigados.

A aquisição de alelos mutadores foi descrita como uma resposta adaptativa de bactérias a uma sucessão de diferentes ambientes (18,35,36) Depois de infectar um hospedeiro, M. tuberculosis tem que se adaptar a diferentes ambientes, como macrófagos alveolares e células dendríticas e, posteriormente, a granulomas contendo macrófagos inativados ou a macrófagos ativados após indução das respostas imunes adquiridas. Além disso, os bacilos devem se adaptar ao meio caseoso com baixa concentração de oxigênio no centro dos tubérculos e a diferentes tipos de tecidos durante a disseminação da doença. Essas condições variáveis ​​de crescimento podem selecionar mutações em M. tuberculosis cepas, conforme descrito em outras populações bacterianas expostas a diferentes desafios ambientais. As mutações e a seleção podem ocorrer com uma frequência aumentada causada pelos radicais tóxicos produzidos nas células fagocíticas.

No entanto, um fenótipo mutador é frequentemente transitório. Caso contrário, um acúmulo contínuo de mutações levaria a efeitos deletérios e perda de aptidão. Nenhuma diferença na frequência de mutações espontâneas, resultando em um fenótipo de resistência à rifampicina, foi observada para as cepas W-Beijing (37) Sugerimos que um fenótipo mutador transiente permitiu uma melhor adaptação das cepas W-Beijing. As mutações compensatórias subsequentes ocorreram para reverter o fenótipo mutador. Uma hipótese alternativa seria a existência de uma maior taxa de mutação em condições específicas (ou seja, em radicais mutagênicos dentro dos fagócitos). O acúmulo de mutações levando à resistência aos antibióticos em cepas W-Beijing pode ser consequência do surgimento de cepas com melhor adaptação aos hospedeiros. As cepas MDR seriam facilmente selecionadas quando os pacientes com cepas que se adaptaram melhor recebessem regimes anti-TB inadequados.

Dr. Rad é um biólogo molecular. Sua experiência inclui amplificação, sequenciamento e clonagem de DNA.


Discussão

Estudos (12, 14-17) identificaram vias de supressão de GCR com base em grupos de genes conhecidos por codificar proteínas que funcionam em pontos de verificação do ciclo celular, reparo de DNA, recombinação de DNA e manutenção de telômeros. Neste estudo, um método de triagem de todo o genoma identificou 10 genes cujas proteínas codificadas podem funcionar de maneira diferente das proteínas implicadas anteriormente na supressão de GCRs. Existem pelo menos as cinco etapas a seguir para a formação e supressão de GCRs: geração de danos no DNA, detecção do dano no DNA, reparo do DNA que corrige o dano, processamento do dano no DNA de uma maneira que gere substratos para GCRs e produção de GCR máquinas (Fig. 3). Em cada etapa, diferentes grupos de proteínas normalmente atuam para suprimir GCRs. Defeitos na replicação do DNA ou na supressão de produtos celulares tóxicos, como o peróxido de hidrogênio, podem induzir danos ao DNA. Danos no DNA por diversos insultos, MMS, raios γ, camptotecina e bleomicina, bem como uma quebra de fita dupla (DSB) gerada por uma endonuclease Ho, aumentou a frequência de GCR. Portanto, o DSB parece ser um intermediário para a formação do GCR (13). ALO1, ELG1, TSA1 e MMS4 / MUS81 podem funcionar para suprimir a geração de danos ao DNA. Os pontos de verificação do ciclo celular da fase S funcionam na detecção de danos no DNA para suprimir GCRs (25, 43), enquanto o ponto de verificação mitótico detecta o mesmo dano no DNA e permite a formação de GCRs (K.M., S.S. e R. D. Kolodner, dados não publicados). RAD5 / RAD18 e MMS4 / MUS81 podem funcionar na detecção de danos no DNA, juntamente com o ponto de verificação da fase S para suprimir GCRs com base na observação de nenhum aumento sinérgico das taxas de GCR em cepas portadoras rad5Δ, rad18Δ, ou mms4Δ, com um mec1Mutação Δ (dados não mostrados). Por outro lado, a função da ligase E3 para ubiquitinação de proteínas-alvo, como o antígeno nuclear celular em proliferação (PCNA) por RAD5 e RAD18, pode ser importante para a supressão de GCR. A identificação de outra ligase E3, UFO1, durante esta triagem apóia o possível papel da ubiquitinação para a supressão de GCR. A falta de ubiquitinação, que aumenta a meia-vida das proteínas por causa de defeitos nessas ligases E3, pode causar problemas na progressão do ciclo celular. Foi estabelecido que a ubiquitinação do FANCD2 A proteína sobre o dano ao DNA é uma etapa importante para a supressão da síndrome da fragilidade cromossômica da anemia de Fanconi (44). Assim, é possível que haja uma levedura FANCD2-substrato semelhante que suprime a formação de GCR por meio da regulação por RAD5, RAD18 e / ou UFO1.A formação do complexo de fator de replicação alternativo e um papel no ponto de verificação do ciclo celular por ELG1 (29-31) sugere que as funções de ELG1 no ponto de verificação da fase S. Com base no aumento sinérgico da taxa de GCR por uma mutação adicional nos genes do ponto de verificação de dano ao DNA, mas não nos genes do ponto de verificação de replicação de DNA junto com o elg1 mutação, é possível que ELG1 funcione no checkpoint de replicação de DNA (dados não mostrados). Embora o papel de CSM2 na mitose não seja claro, CSM2 poderia suprimir GCR por meio da inibição da função de checkpoint mitótico para a formação de GCR. Os mecanismos de reparo do DNA, incluindo a via de replicação do DNA induzida por quebra (19), corrigem o dano ao DNA para suprimir os GCRs. Embora não tenha havido aumento da taxa de GCR em cepas defeituosas em outras proteínas de reparo pós-replicação (dados não mostrados), ainda é possível que haja muitas redundâncias que estão sob a regulação de RAD5 e RAD18 nas vias de reparo pós-replicação para suprimir GCR. MMS4 / MUS81 também pode ser importante no reparo do DNA para a supressão de GCRs. Quando o dano ao DNA não é reparado, ele pode ser processado por endonucleases ou exonucleases desconhecidas para gerar substratos para a formação de GCR. Finalmente, de novo GCR de adição de telômero pelo complexo de telomerase (que é suprimido por PIF1), translocação dependente ou independente de LIG4 ou fusão cromossômica GCRs são gerados (19, 45). Embora não esteja claro como o CDC50, que está localizado no citoplasma, suprime os GCRs, é possível que o cdc50A mutação Δ aumentou a taxa de GCR como consequência da progressão anormal do ciclo celular. ESC1 pode funcionar para suprimir GCRs por meio de sua interação com um fator de silenciamento da cromatina, SIR4, que altera a expressão de genes necessários para GCRs (41). O aumento sinérgico das taxas de GCR quando as mutações em CDC50, CSM2, ESC1, e TSA1 foram combinados com um mec1A mutação Δ sugere que pelo menos essas proteínas parecem funcionar independentemente da função de checkpoint do ciclo celular (dados não mostrados).

Existem pelo menos cinco etapas diferentes para a supressão e formação de GCR. Embora os genomas sejam altamente protegidos, danos espontâneos ao DNA devido a erros celulares podem ser gerados. A inativação de proteínas como ALO1, ELG1, TSA1, MMS4 e MUS81 pode causar um aumento no dano espontâneo ao DNA. O dano ao DNA gerado é detectado primeiro pelo mecanismo de detecção de danos ao DNA. Os pontos de verificação da fase S detectam esse dano e transferem o sinal para o mecanismo de reparo do DNA para facilitar o reparo. RAD5, RAD18, MUS81 e MMS4 parecem funcionar no reparo do DNA, bem como na detecção de danos ao DNA. RAD5 e RAD18, junto com UFO1, podem funcionar na transferência de sinal por meio da ubiquitinação de substratos. Existem muitos caminhos diferentes de reparo de DNA que são usados ​​para consertar DNA quebrado. A replicação induzida por quebra, o reparo pós-replicação e o reparo da recombinação mediada por MUS81 / MMS4 parecem desempenhar papéis importantes na supressão de GCRs. O dano ao DNA que não é corrigido pelas vias de reparo do DNA é detectado pelo checkpoint mitótico e a maquinaria de formação de GCR é ativada. Primeiro, o DNA danificado é processado por endonucleases ou exonucleases desconhecidas para gerar substratos apropriados. Em seguida, a telomerase adiciona sequências de telômeros no final dos cromossomos quebrados para produzir o de novo adição de telômeros que é inibida por PIF1 ou translocações com outras sequências de cromossomos, ou eles são gerados por vias dependentes ou independentes de LIG4.

CAN1 os mutadores de inativação foram examinados recentemente (38) com uma biblioteca knock-out. Comparação de identificados CAN1 genes mutadores mostraram que 28 de 33 genes foram encontrados em ambos os estudos. Quatro dos cinco genes restantes foram selecionados na triagem primária deste estudo, no entanto, eles não foram selecionados após a triagem secundária por causa de uma triagem menos severa CAN1 fenótipos mutadores. o shu2O mutante Δ também não foi selecionado devido a um defeito de crescimento causado pela adição do pif1Mutação Δ. Huang et al. (38) também testou o suposto fenótipo mutador GCR em alguns dos fortes CAN1 mutadores e descobri que TSA1 e ELG1 também são genes mutadores GCR fortes. Este estudo identificou TSA1, ELG1e oito outros genes muator GCR.

A identificação de novos genes que codificam proteínas que funcionam em vias biológicas específicas é indispensável para o entendimento completo do mecanismo. O método de triagem descrito neste estudo usando a biblioteca de deleção de levedura pode ser aplicável à identificação de novas proteínas em quase todas as diferentes vias biológicas que podem ser detectadas com ensaios específicos.

A instabilidade do genoma é característica das células cancerosas (2, 3, 12). O presente estudo identificou pelo menos 10 genes cujas mutações aumentaram as taxas de GCR e cujos homólogos humanos podem ser encontrados em cânceres humanos com tendência a GCR. De fato, muitos relatórios recentes (46-51) sustentam o conceito de que os genes identificados em nossa triagem têm importância no desenvolvimento do câncer. Expressão anormal de humano TSA1 em muitos cânceres diferentes e anemia hemolítica grave e vários cânceres malignos em camundongos sem homólogo murino de TSA1 gene, Prdx1, foram observados. A exclusão do humano ELG1 locus do gene é detectado com freqüência na neurofibromatose, várias mutações no corpo humano RAD5 gene foram descobertos em alguns melanomas, e o RAD18células-tronco embrionárias de camundongo defeituosas aumentaram as trocas de cromátides irmãs. Estudos para verificar a função de cada proteína encontrada neste estudo usando sistemas de leveduras e mamíferos e buscando mais mutações em cada gene em pacientes com câncer podem gerar pistas para entender o desenvolvimento do câncer e encontrar possíveis alvos para curar o câncer.


Resumo CISN: Oncogenes, Genes Supressores de Tumor e Genes de reparo de DNA

Esta é uma grande quantidade de informações para entender, por isso temos um breve resumo para aqueles que querem apenas se lembrar do básico.

Para quem quer saber mais - releia a seção, imprima a seção inteira, talvez até faça anotações para ajudá-lo a memorizar as informações, se isso for importante para você. Sempre ajuda ter colegas de estudo, fazer pausas e lembrar que você não precisa memorizar todo o material. Ele está aqui para ajudá-lo quando você precisar entender algo específico.


Anormalidades cromossômicas em células cancerosas humanas | Genética

Neste artigo, discutiremos sobre as anormalidades cromossômicas em células cancerosas humanas.

Muitas células cancerosas humanas têm anormalidades cromossômicas e freqüentemente anormalidades específicas estão associadas a formas específicas de câncer. Anormalidades cromossômicas em células cancerosas humanas podem envolver tanto o número quanto, mais freqüentemente, a estrutura do cromossomo. O número de anormalidades deve-se principalmente à não disjunção e não migram adequadamente na anáfase.

Anormalidades estruturais no cromossomo surgem por meio de erros na quebra e reunião e podem envolver deleções (del) inversão (inv) e translocações reci e shyprocal (t). Além disso, algumas células podem ter amplificações enormes de sequências específicas de DNA. Essas amplificações podem estar localizadas dentro de um cromossomo onde aparecem como regiões de coloração homogênea (HSRs) ou podem estar presentes em cromossomos minúsculos chamados minutos duplos (DMs).

A primeira anormalidade cromossômica específica a ser associada ao câncer foi o cromossomo Filadélfia (Ph 1). Este pequeno cromossomo Ph 1 está presente nas células leucêmicas de pelo menos 90% dos pacientes com leucemia mielóide crônica (LMC), envolvendo a multi & shyplication descontrolada de células-tronco mieloides.

Na verdade, Ph 1 é derivado de um cromossomo 22 por uma translocação recipro e tímida envolvendo o cromossomo 9. O Ph 1 pode levar à ativação do protooncogene abl (o gene abl foi descoberto pela primeira vez como o gene transformador do altamente onco e shigênico, consulte a Tabela 16.4).

Outro exemplo é o retinoblastoma, que é um tumor ocular em crianças e uma das formas graves e tímidas de câncer infantil. O retinoblastoma é herdado como um traço autossômico dominante de alta penetração, e uma criança que herda o único gene que predispõe ao retinoblastoma quase certamente desenvolverá o tumor. Provavelmente, todas as formas de retinoblastoma envolvem anormalidades na banda q 14 no cromossomo 13 e, em alguns casos, são visíveis microscopicamente como uma deleção da banda q 14.

As células tumorais não têm um cromossomo 13 normal e são homozigotas para a versão deletada do cromossomo 13 e do cromossomo 13. Deleções do cromossomo 13 pro-shyduzem uma mutação recessiva no locus Rb-1. O gene Rb-1 é uma nova classe de oncogene distinta dos genes de transformação dominantes, como & # 8220ras & # 8221 ativados. Mutações em Rb-1 predispõem a outras formas de câncer, bem como retinoblastoma. Uma porcentagem bastante alta de pacientes que recuam do retinoblastoma hereditário desenvolve osteossarcoma. Como no retinoblastoma, homozigose e tímido de um cromossomo 13 anormal com uma deleção em q 14 parecem estar envolvidos. Esse resultado também indica que mutações recessivas que predispõem ao câncer podem ser comuns a muitas formas diferentes de doença, e um pequeno número desses genes pode ser a base de muitos tipos de tumores.

Amplificação de genes celulares que causam ativação de P celularroto-oncogenes:

É interessante descobrir que os cromossomos de minuto duplo (DMs) e as regiões de coloração homogênea (HSRs) dentro dos cromossomos estão freqüentemente relacionados com a anormalidade e timidez do cariótipo vistas na maioria das células tumorais. Essas anormalidades resultam da amplificação de genes celulares, que variam de tamanho de 100 a mais de 1.000 quilos de pares de bases.

DMs e HSRs aparentemente representam formas intercambiáveis ​​de uma sequência amplificada e, da mesma forma, HSRs podem variar em tamanho e número e podem se mover para diferentes localizações cromossômicas. A alguns desses genes (por exemplo, ras, mos e mye, consulte a tabela 16.5).

Neuroblastomas humanos foram um dos primeiros tumores que mostraram abrigar DMs e HSRs. Alguns carcinomas de células pequenas do pulmão também têm genes myc amplificados em DMs e HSRs. São dados alguns exemplos de amplificação de oncogenes celulares em tumores humanos (Tabela 16.5).

Genes Supressores de Tumor:

Os experimentos de fusão celular mostram que o fenótipo transformado pode muitas vezes ser corrigido e evitado em uitro pela fusão da célula transformada com uma célula normal. Isso fornece evidências de que a gênese do tumor envolve não apenas oncogenes ativados e tímidos dominantes, mas também mutações recessivas de perda de função em outros genes.

Esses outros genes são os genes supressores de tumor (TS). Às vezes, os genes TS são chamados de anti-oncogenes, mas esse é um nome inútil porque implica erroneamente que são todos antagonistas ou inibidores específicos de onco e shygenes. Alguns podem ser, mas, como oncogenes, os genes TS podem ter uma variedade de funções (veja abaixo). Os métodos para descobrir os genes TS foram desenvolvidos em estudos clássicos do raro tumor ocular, o retinoblastoma.

Retinoblastoma exemplifica a hipótese de dois sucessos de Knudson e # 8217s:

O retinoblastoma (MIM 180200) é um tumor raro e agressivo da retina na infância. Sessenta por cento dos casos são esporádicos e unilaterais, os outros 40% são herdados como traço autossômico dominante imperfeitamente penetrante. No retinoblastoma familiar, os tumores bilaterais são comuns. Um estudo profético de Knudson (1971) concluiu que duas mutações sucessivas (& # 8216hits & # 8217) eram necessárias para transformar uma célula normal em uma célula tumoral (Figura 16.4).

Investigações em famílias de retinoblastoma localizaram o gene em 13q14 e, em seguida, um estudo brilhante de Cavenee (1983) provou a hipótese de Knudson e # 8217s e estabeleceu o paradigma para todas as investigações subsequentes e tímidas dos genes TS.

Cavenee e colegas datilografaram material tumoral removido cirurgicamente de pacientes com retinoblastoma esporádico, usando uma série de marcadores do cromossomo 13. Quando compararam os resultados em amostras de sangue e tumor e tímidos dos mesmos pacientes, observaram casos graves e tímidos em que o DNA constitucional (sangue) foi heterozigotos para um ou mais marcadores cromossomo e tímido 13, mas as células tumorais eram aparentemente homozigóticas.

Cavenee percebeu que o que eles estavam vendo era o segundo golpe de Knudson & # 8217: perda da cópia funcional restante de um gene TS. Combinando a análise citogenética com estudos de marcadores de diferentes regiões de 13q, eles foram capazes de sugerir uma série de mecanismos para o segundo acerto.

Cânceres familiares raros identificam muitos genes TS [Fig. 16,7]:

Embora oncogenes ativados sejam raramente ou nunca transmitidos como mutações e tímidos constitucionais (RET é uma possível exceção, veja acima), acredita-se que muitos cânceres mendelianos raros envolvam genes TS por meio de um mecanismo de dois efeitos. O mapeamento dos genes nessas famílias raras abre caminho para a identificação e clonagem do gene TS. Deve-se notar, no entanto, que poucas dessas condições são tão simples geneticamente quanto o retinoblastoma.

Ensaios de perda de heterozigose identificam localizações de genes TS:

Comumente, a primeira mutação (herdada) é uma mutação pontual ou alguma outra pequena mudança confinada ao gene TS. Grandes deleções presumivelmente seriam prejudiciais se carregadas em todas as células do corpo. Freqüentemente, entretanto, a segunda mutação, seja em um caso familiar ou esporádico, envolve a perda total ou parcial de um cromossomo.

O mecanismo pode ser disjunção não & tímida (levando à perda de um cromossomo inteiro), recombinação mitótica (levando à perda daquelas partes do cromossomo distais ao cruzamento) ou uma deleção intersticial de novo. Em cada caso, um alelo é perdido de qualquer marcador próximo ao gene TS. Assim, se o paciente fosse heterozigoto para um marcador, o tecido tumoral perde a heterozigosidade, tornando-se homozigoto ou hemizigótico. A deleção homozigótica de marcadores (perda de ambos os alelos) é incomum, mesmo em células tumorais.

Perda de heterozigosidade (LOH):

A perda de heterozigosidade (LOH) é um indicador chave para a existência de genes TS. Ao rastrear amostras de sangue e tumor emparelhadas com marcadores espaçados ao longo do genoma, podemos descobrir localizações candidatas para genes TS. Alguns destes serão específicos do tumor (por exemplo, LOH em 5q21 próximo ao gene APC no câncer de cólon), enquanto outros são comuns a muitos tumores diferentes (por exemplo, LOH em 17p próximo ao gene 7P53).

Obviamente, se o DNA constitucional (sangue) for homozigoto para um determinado marcador, esse marcador não fornece informações sobre a perda de alelo no tumor. O uso de microssatélites altamente polimórficos minimiza a proporção pró & tímida dessas amostras não informativas.

Os estudos LOH clássicos sofrem da necessidade de testar grandes painéis de marcadores e de analisar os dados por quantificação de intensidades de banda. A maioria das amostras de tumor patológico contém uma mistura de tecido tumoral e não tumoral (estromal), de modo que o que se vê geralmente é uma intensidade relativa diminuída, em vez da perda total da banda de um alelo. A hibridização comparativa do genoma promete permitir uma detecção muito mais fácil de grandes deleções, mas no pré & shysent falta a resolução necessária para detectar pequenas deleções.

Existem, portanto, três fontes de informação sobre as prováveis ​​localizações dos genes TS:

(i) Análise de ligação em cânceres mendelianos raros

(ii) Análise LoH de tumor pareado e amostras de sangue

(iii) Estudos citogenéticos ou comparativos de hibridização do genoma para definir deleções específicas do tumor.

Essas três abordagens complementares sugeriram a existência de um número surpreendentemente grande de genes TS, a maioria dos quais ainda não identificados. Como exemplo, a Figura 16.6 mostra como eles sugeriram a existência de genes TS em três locais separados no braço curto do cromossomo 3.

A função dos genes TS:

A ação bioquímica dos produtos e shyucts do gene TS tem se mostrado mais difícil de desvendar do que a função dos produtos oncogênicos. Alguns parecem ter funções simples, como APC e DCC, que são provavelmente moléculas de adesão celular. Outros estão envolvidos no complexo controle da progressão do ciclo celular, como reguladores negativos. Descrevemos aqui dois dos mais importantes, RB e TP53. Os produtos desses dois genes desempenham um papel fundamental no controle da progressão do ciclo celular. A inativação simultânea de ambos os produtos é freqüentemente observada em células tumorais, e suas funções parcialmente sobre o shylap.

Função do Produto Gene RBI:

O gene RBI é amplamente expresso, evitando que uma proteína nuclear de 110 kDa (pRb) desempenhe um papel fundamental no controle da proliferação celular. Pelo menos parte desse papel é ligar e inativar o grupo de fatores de transcrição e timidez celulares chamados E2F, que são necessários para a progressão do ciclo celular.

Em células normais, o pRb é inativado por fosforilação & # 8216 e ativado por desfosforilação. Duas a quatro horas antes de uma célula entrar na fase S do ciclo celular, o pRb é fosforilado. A fosforilação de pRb libera a inibição de E2F e permite que a célula prossiga para a fase S. A fosforilação é governada por toda uma série de ciclinas, quinases dependentes de ciclinas e inibidores da ciclina quinase. Isso parece constituir o ponto de verificação único mais importante no ciclo celular.

O produto do oncogene MDM2 (que é amplificado em muitos sarcomas) também se liga e inibe o pRb, favorecendo a progressão do ciclo celular, em células cancerosas, o pRb pode ser inativado de outras maneiras. Vários oncopro e shyteins virais (adenovírus ElA, antígeno T SV40, proteína E7 do papilomavírus humano) se ligam e sequestram ou degradam pRb, ou podem ser direta e timidamente inativados por mutações de perda de função no gene RBI.

Não está claro por que a mutação constitutiva e shinal de um gene tão fundamental para o controle do ciclo celular deva resultar especificamente em retionoblastoma e em um pequeno número de outros tumores, principalmente osteossarcomas. No entanto, este é um tema comum na patologia e ilogia molecular: a mutação de um gene produz um efeito fenotípico em apenas um subconjunto das células ou tecidos nos quais o gene é expresso e parece ter uma função.

P53 e apoptose:

O p53 foi descrito pela primeira vez em 1979 como uma pró-shyteína encontrada em células transformadas com SV40, onde se associou ao antígeno T. Mais tarde, o gene TP53 que codifica p53 apareceu como um gene de transformação dom & shyinant no ensaio 3T3 e, portanto, foi classificado como um oncogene. Posteriormente, verificou-se que enquanto o p53 de algumas células tumorais era oncogênico, o p53 de células normais suprimia positivamente a gênese do tumor.

Os ensaios LOH confirmaram o status de TP53 como um gene TS. TP53 mapeia para 17p12 e esta é uma das regiões mais comuns de LOH em uma ampla gama de tumores. Os tumores que não perderam o TP53 muitas vezes apresentam versões mutantes dele.Para completar o quadro de TP53 como um gene TS, mutações constitucionais em TP53 são encontradas em famílias com a síndrome de Li-Fraumeni herdada de maneira dominante. Os membros da família afetados sofrem múltiplos tumores primários, tipicamente incluindo sarcomas de tecidos moles, osteossarcomas, tumores de mama, cérebro e córtex adrenal e leucemia.

Perda ou mutação de TP53 é provavelmente a alteração genética única mais comum em can & shycer. A única função bioquímica claramente identificada de p53 é como um fator de transcrição. Os tetrâmeros de p53 se ligam ao DNA e podem ativar a transcrição de genes repórter colocados a jusante e a jusante de um sítio de ligação de p53. No entanto, acredita-se que o p53 tenha um papel muito mais amplo na célula, que foi resumido como & # 8216 o guardião do genoma & # 8217.

Uma de suas funções de guardião é impedir que as células replicem o DNA danificado. O p53 está envolvido em um checkpoint no estágio G1 / S do ciclo celular. As células normais com DNA danificado são interrompidas neste ponto até que o dano seja reparado, mas as células que não têm p53 ou contêm uma forma mutante não são interrompidas em Gl. A replicação do DNA danificado presumivelmente leva a mudanças genéticas aleatórias, algumas das quais são oncogênicas, semelhantes às células com um sistema de reparo de incompatibilidade defeituoso (veja acima). Provavelmente relacionado a isso está um papel crucial do p53 na morte celular.

Em resposta a estímulos oncogênicos, as células sofrem apoptose (morte celular programada). Este é um dos controles de nível superior que protegem o organismo contra as conseqüências da seleção natural entre suas células constituintes. A apoptose passou a ocupar um lugar central em nossa compreensão do processo can & shycer.

Uma via comum na carcinogênese é a perda desse controle, e as células sem p53 não sofrem apoptose. O p53 pode ser eliminado por deleção, por mutação ou pela ação de um inibidor, como o produto do gene mdm2 (que também se liga a pRb, ver acima) ou a proteína E6 do papilomavírus.

Genes mutadores:

Vimos anteriormente que o câncer só surge se algo acontecer para neutralizar a quase impossibilidade aparente de acumular meia dúzia de mutações específicas em uma única célula. Mutações de oncogenes e genes TS criam clones expandidos de células como alvos para mutações subse e tímidas.

Esses genes estão diretamente envolvidos nos controles do ciclo celular que dão errado no câncer. A terceira classe de genes que comumente sofrem mutação nas células cancerosas não faz parte dessas vias. Em vez disso, eles têm um papel geral em garantir a integridade da informação genética. Mutações nesses genes levam à replicação ou reparo ineficiente do DNA.

Há muito se sabe que as células cancerosas apresentam uma instabilidade genética geral. As células tumorais normalmente têm cariótipos bizarramente anormais, com muitas perdas, ganhos e rearranjos de cromossomos, dos quais apenas alguns parecem ter uma relação causal com o câncer. Os genes responsáveis ​​pela instabilidade cromossômica ainda não foram identificados, mas duas doenças, câncer de cólon e ataxia telangiectasia, forneceram indicadores para genes responsáveis ​​pela instabilidade no nível do DNA.

Cancer de colo:

A maioria dos cânceres de cólon é esporádico. Os casos familiares se enquadram em duas categorias:

(i) A polipose adenomatosa familiar (FAP ou APC) é uma condição autossômica dominante na qual o cólon torna-se acarpetado com centenas ou milhares de pólipos. Os pólipos (adenomas) não são malignos, mas, se deixados no local, um ou mais deles certamente evoluirão para carcinoma invasivo. A condição foi mapeada para 5q21 e o gene responsável, APC, foi identificado e tímido.

(ii) O câncer de cólon hereditário sem polipose (HNPCC) também é autossômico dominante e altamente penetrante, mas, ao contrário da FAP, não há fase anterior de poli & tímida. Os genes HNPCC foram mapeados em dois locais, 2p15-p22 e 3p21.3.

Estudos LOH em HNPCC usando marcadores microssatélites mostraram um fenômeno totalmente inesperado em alguns pacientes. Em vez de faltarem alelos presentes no DNA constitucional, alguns espécimes de tumor pareciam conter alelos novos e extras. LOH é apropriado e tímido de certas regiões cromossômicas, mas a instabilidade de microssatélites (MIN) parecia ser geral.

Os tumores podem ser classificados em MIN + e MIN & # 8221. Os tumores M1N + apresentaram ganho de alelos para uma boa proporção de todos os marcadores testados, independentemente de sua localização cromossômica. MIN também é visto em outros tumores. A Figura 16.10 mostra um exemplo de um tumor oral.

Em uma brilhante peça de pensamento lateral, Fishel (1993) relacionou o MIN + phe & shynomenon aos chamados genes mutadores em E. coli e levedura. Esses genes codificam um sistema de erro de Cor & shyrection que verifica o DNA em busca de pares de bases incompatíveis.

Por causa da metilação do DNA (o sistema E. coli Dam metilato & # 8217s adenina em sequências GATC, mas não até algum tempo após a replicação do DNA), o sistema pode identificar a fita de tem & shyplate e corrigir seletivamente a fita recém-sintetizada se ela ainda não tiver sido metilada. As incompatibilidades são removidas e substituídas. Mutações nos genes que codificam o sistema de correção de erros MutHLS levam a um aumento geral de 100 a 1.000 vezes nas taxas de mutação e timidez.

Fishel e colegas clonaram o homólogo humano de um desses genes, MutS, e mostraram que ele foi mapeado para a localização em 2p de um dos genes do HNPCC e sofreu mutação constitucional em algumas famílias do HNPCC. Quase simultaneamente, o mesmo gene foi identificado de forma independente por meio de clonagem posicional. Três outros genes mutadores foram rapidamente identificados, todos relacionados ao gene MutL de E. coli (Quadro 1).

Como as mutações do gene TS, as mutações do gene mutador são recessivas e requerem um mecanismo de dois hits. Pacientes com HNPCC são constitucionalmente heterozigotos para uma mutação de perda de função. Suas células normais ainda têm um sistema de reparo de incompatibilidade em funcionamento e não apresentam o fenótipo MIN & # 8221 +. Em um tumor, a segunda cópia é perdida por um dos mecanismos.

Ataxia Telangiectasia:

A ataxia telangiectasia (AT, MIM 208900) é uma doença recessiva rara caracterizada por neu e sinais shirológicos (notavelmente ataxia cerebelar progressiva) e dilatação dos vasos sanguíneos (telan e shygiectasia) na conjuntiva e no globo ocular.

Também há imunodeficiência acentuada, retardo de crescimento e imaturidade sexual. A relevância para o presente artigo é que os pacientes com AT têm forte predisposição para can & shycer. Os homozigotos geralmente morrem de doença maligna e timidez antes dos 25 anos. Além disso, há sugestões de que heterozigotos AT têm um risco aumentado de câncer - por exemplo, um risco 3,9 vezes maior de câncer de mama entre mulheres. A TA afeta cerca de uma pessoa em 100.000 no Reino Unido e EUA, portanto, a distribuição de Hardy-Weinberg sugere que uma pessoa em 158 da população é heterozigota e tímida. Se o risco aumentado de câncer for confirmado, isso representaria um risco significativo de câncer no nível da população.

In vitro, as células de pacientes com AT apresentam instabilidade cromossômica e timossomal, com quebras e transloca e tímidos, geralmente envolvendo os genes TCR ou IGG. As células são hipersensíveis à radiação ionizante e tímido ou produtos químicos radiomiméticos, embora o reparo do DNA pareça normal. Embora AT tenha sido dividido em pelo menos quatro grupos de complementação com base em estudos de fusão celular, os pacientes em todos os grupos de complementação apresentam mutações no mesmo gene, ATM, em 1 lq22-q23.

Assim, a complementação e timmentação é intragênica. ATM mostra a homologia de sequência com a fosfatidilinositol 3 e # 8242 quinase de levedura, uma enzima de transdução de sinal envolvida no controle do ciclo celular e recombina e inibição meiótica. Sua função exata ainda precisa ser definida - o fenótipo AT sugere um papel em algum controle de alto nível divertido e tímido da integridade genética.

A Evolução de Várias Etapas do Câncer:

No caso do câncer colorretal, alguns detalhes podem ser preenchidos para dar corpo ao esquema geral e tímido. Os carcinomas malignos se desenvolvem a partir de crescimentos epiteliais benignos chamados adeno e tímidos, e os adenomas podem, por sua vez, ser classificados em precoces (menos de 1 cm de tamanho), intermediários (mais de 1 cm, mas sem focos de carcino e tímia) ou tardios (mais de 1 cm e com focos de carcinoma).

No nível genético, não existe uma sequência invariante de mutações no desenvolvimento de cada carcinoma colorretal, mas a sequência mais provável é aquela em que cada etapa sucessiva confere uma vantagem de crescimento à célula. Indicadores para a sequência mais comum incluem as seguintes observações:

1. A perda constitucional de uma cópia do gene APC em 5q21 é suficiente para cobrir o cólon com pólipos adenomatosos. Isso sugere que a perda ou mutação de APC pode ser um evento precoce no desenvolvimento de cânceres esporádicos.

2. Cerca de 50% dos ade & shynomas intermediários e tardios, mas apenas cerca de 10% dos ade & shynomas iniciais, têm mutações no oncogene KRAS (um parente do HRAS). Assim, as mutações KRAS podem frequentemente estar envolvidas na progressão de adenomas precoces para intermediários.

3. Cerca de 50% dos adenomas tardios e carcino & shymas mostram perda de heterozigosidade em 18q. Isso é relativamente incomum em adenomas iniciais e intermediários. O suposto gene TS envolvido foi caracterizado e denominado DCC (deletado no câncer de cólon). O DCC codifica uma proteína com homologias às glicoproteínas da superfície celular envolvidas na adesão celular.

4. Os cânceres colorretais, mas não os adenomas, têm uma frequência muito alta de mutações no gene TP53 (ver acima). Essas não são as únicas alterações observadas nos carcinomas colorretais, mas são as que podem ser mais facilmente associadas a estágios específicos e levam ao modelo mostrado na Figura 16.11.

Supõe-se que o papel dos genes mutadores é tornar cada transição mais provável, aumentando a taxa geral de mutação, em vez de estar diretamente envolvido nos estágios par & tímidos da via na Figura 16.11.

Mutações somáticas em doenças não cancerosas:

Vimos no início deste artigo que cada um de nós carrega inúmeras mutações somáticas, mas que geralmente não têm consequências. A pequena minoria que causa problemas geralmente o faz promovendo o crescimento celular descontrolado.

Ocasionalmente, entretanto, uma mutação somática que não confere nenhuma vantagem de crescimento ocorrerá cedo o suficiente na vida embrionária e em uma população de células-tronco pequena o suficiente para gerar um clone considerável de células mutantes. Esses embriões podem dar origem a pessoas clinicamente anormais. Dependendo se sua linhagem germinativa também contém células mutantes (mosaicismo gonossômico), eles também podem estar em risco de ter filhos afetados.

Mosaicos somáticos de alto nível podem ser anormais do ponto de vista clínico e tímido:

Algumas células aneuplóides podem ser encontradas em qualquer pessoa perfeitamente normal, e seu número aumenta com a idade. Mosaicos para Down syn & shydrome, síndrome de Klinefelter, Turner syn & shydrome e assim por diante são comumente descobertos quando pacientes anormais são encaminhados para investigação citogenética. Seu fenótipo fica em algum lugar entre o normal e o fenótipo da anormalidade constitucional, mas não pode ser previsto a partir de observações da proporção de células anormais no sangue ou em outros tecidos geralmente testados. Todos esses mosaicos cromossômicos e timossomais são causados ​​por não disjunção e timidez ou outros eventos que acontecem pós-zigoticamente.

Mosaicos para mutações de um único gene tendem a ser descobertos seguindo uma mutação em uma família. Em doenças autossômicas dominantes graves e ligadas ao X, em que as pessoas afetadas têm poucos ou nenhum filho, os genes são mantidos na população por novas mutações. Freqüentemente, a nova mutação aparece pela primeira vez em forma de mosaico, geralmente em uma pessoa clinicamente normal, que então tem um filho constitucionalmente mutante. Exemplos de osteogênese imperfeita e distrofia muscular de Duchenne são ilustrados em.

Anormalidades mais exóticas podem ser conhecidas apenas na forma de mosaico - presumivelmente elas seriam letais se constitucionais. Um exemplo é a trissomia 8. A trissomia do mosaico 8 fornece um fenótipo reconhecível, mas a trissomia constitucional 8 não é conhecida em nascidos vivos. Crianças com síndrome de Pallister-Killian são mosaico para tetrassomia de 12p, com um isocromossomo extra de 12p nas células afetadas. O fenótipo é reconhecível, mas a anormalidade cromossômica é vista apenas em fibroblastos de pele em cultura, nunca em linfo e tímidos. Presumivelmente, as células anormais são incapazes de contribuir para a linhagem sanguínea.

A síndrome de McCune-Albright (MIM 174800) é um exemplo de mutação letal de um único gene que sobrevive em mosaicos. A condição ocorre esporadicamente e o quadro clínico é muito variável. As pessoas afetadas apresentam pigmentação da pele irregular, problemas ósseos (displasia fibrosa poliostótica) e anormalidades endócrinas.

O tecido afetado tem uma mutação ativa e tímida no gene GNASl, que codifica uma proteína G acoplada ao receptor. O tecido responde anormalmente aos controles fisiológicos e, se tecido suficiente for afetado, o resultado é um problema clínico. Alguns tumores da hipófise e da tireoide têm uma mutação ativadora semelhante no GNASl, estendendo o paralelo com onco e shygenes ativados no câncer.

Mosaicismo somático de baixo nível pode ser uma fonte de variação normal:

A pele é um órgão altamente favorável à investigação genética, estando mais à vista do que qualquer outro órgão. A maioria de nós tem imperfeições na pele e algumas delas podem representar mosaicismo somático. Happle (1990) chamou a atenção para a variedade de nevos, manchas e manchas que as pessoas normais e tímidas costumam apresentar.

Particularmente interessantes são os pontos gêmeos, onde duas manchas de pele anormal com anomalias aparentemente complementares estão lado a lado. Isso é exatamente o que se esperaria da segregação após a recombinação mitótica em um heterozigoto. Apareceriam manchas de células-filhas de tipos homozigotos opostos. O fenômeno é bem conhecido na Drosophila, onde forma a base de um teste de mutagenicidade.

Mecanismos de dois hits podem explicar fenótipos mendelianos irregulares:

Uma conexão final entre os tipos de foto irregulares cancerígenos e não cancerosos é a possibilidade de que um mecanismo de dois golpes semelhante ao mecanismo clássico de retinoblastoma possa explicar fenótipos e fenótipos que são mendelianos nas famílias, mas irregulares nos indivíduos.

Por que, por exemplo, o piebaldismo produz manchas e manchas de pele despigmentada, em vez de albinismo geral? Por que a doença renal policística produz um número limitado de túbulos grosseiramente dilatados no rim, e a polipose coli uma colcha de retalhos de pólipos adenomatosos crescendo em um epitélio aparentemente normal?

Em cada um desses casos, presume-se que o defeito genético primário esteja presente em todas as células, mas apenas algumas mostram o fenótipo. É tentador postular um mecanismo de dois acertos (embora isso não seja comprovado) e deve-se notar que, nos casos citados, o segundo acerto deveria ser um evento muito frequente. A inativação do X fornece exemplos definitivos de tal mecanismo - as mulheres portadoras de doenças recessivas ligadas ao X mostram uma distribuição irregular de qualquer manifestação não difusível da doença.


Dissomia uniparental

A dissomia uniparental (UPD) ocorre quando uma pessoa recebe duas cópias de um cromossomo, ou parte de um cromossomo, de um dos pais e nenhuma cópia do outro. UPD pode ocorrer como um evento aleatório durante a formação de óvulos ou células de esperma ou pode acontecer no início do desenvolvimento fetal.

Em muitos casos, a UPD provavelmente não tem efeito sobre a saúde ou o desenvolvimento. Como a maioria dos genes não são impressos, não importa se uma pessoa herda ambas as cópias de um dos pais em vez de uma cópia de cada um dos pais. Em alguns casos, no entanto, faz diferença se um gene é herdado da mãe ou do pai de uma pessoa. Uma pessoa com UPD pode não ter quaisquer cópias ativas de genes essenciais que passam por impressão genômica. Essa perda da função do gene pode levar a atrasos no desenvolvimento, deficiência intelectual ou outros problemas de saúde.

Vários distúrbios genéticos podem resultar de UPD ou uma interrupção da impressão genômica normal. As condições mais conhecidas incluem a síndrome de Prader-Willi, que é caracterizada por alimentação descontrolada e obesidade, e a síndrome de Angelman, que causa deficiência intelectual e fala prejudicada. Ambos os distúrbios podem ser causados ​​por UPD ou outros erros na impressão envolvendo genes no braço longo do cromossomo 15. Outras condições, como a síndrome de Beckwith-Wiedemann (um distúrbio caracterizado por crescimento acelerado e um risco aumentado de tumores cancerígenos), são associado a anormalidades de genes impressos no braço curto do cromossomo 11.


Mutation - Biologia, Class 12 Class 12 Notes | EduRev

& # 160 Mudança hereditária repentina no material genético de um organismo é chamada de Mutação.

& # 160Mutação são fontes descontínuas de variação.

& # 160A frequência de mutação no momento é 1 & # 215 10 & # 82116 (1 célula em: 1 milhão de células). Mas aumentará no futuro devido à poluição e destruição da camada de ozônio.

& # 160 A palavra de mutação foi dada por Hugo De Vries.

De Vries estudou mutações na planta Oenothera lamarckiana (prímula da noite). É uma planta híbrida.

& # 160De Vries deu (proposta) a teoria da evolução da mutação.

& # 160Esta teoria foi dada em apoio ao darwinismo porque Darwin foi incapaz de explicar a fonte das variações.

Darwin chamou de variaçãoesporte.

& # 160 De acordo com De Vries, existem dois tipos de variações nas evoluções.

1. Variações contínuas: Essas variações são desenvolvidas em cada geração de um organismo.

& # 160Estas variações são desenvolvidas por cruzamento / meiose / reprodução sexuada.

& # 160Apenas variações menores são desenvolvidas por cruzamento.

2. Variações descontínuas: Essas variações são desenvolvidas por mutações.

& # 160De repente, aparecem em qualquer geração.

& # 160Ambos os tipos menores e maiores de variações são desenvolvidos por mutações, principalmente do tipo maior.

3. Seth Right: A mutação foi observada pela primeira vez por ele.

& # 160Ele observou alguma variedade de ovelhas de pernas curtas (Ancon) em uma população de ovelhas de pernas longas.

& # 160Era um exemplo de germinal dominante de mutação.

& # 160 Essas mutações são hereditárias apenas as que ocorrem em célula germinativa de um organismo. Enquanto as mutações somáticas não são hereditárias.

 Mutações somáticas também são hereditárias em plantas propagadas vegetativamente.

4. Morgan: O crédito da descoberta da mutação é dado a ele. Ele observou alguns machos de Drosophila de olhos brancos em uma população de Drosophila de olhos vermelhos.

& # 160Em Drosophila, a cor dos olhos é uma personagem ligada ao sexo. O gene da cor dos olhos está localizado no cromossomo X. O gene do olho vermelho é dominante sobre o gene do olho branco. Portanto, em Drosophila, os genótipos para a cor dos olhos são dos seguintes tipos:

* Descobridor de Mutações Induzidas.

* Ele induziu mutações em Drosophila com a ajuda de raios-X.

Mac Farlane Burnitt, Neil Jerne

* Mutações induzidas em linfócitos B do sangue para obter novos anticorpos.

Beadle e Tatum

* Mutações induzidas em Neurospora para estudar mutação nutricional com a ajuda de raios U. V. ou raios-X.

& # 160Normal-Neurospora pode ser cultivado em meio mínimo (que carece de alguns nutrientes), porque pode produzir todos os nutrientes para ele. Isso é conhecido comoPrototrófico.

O Neurospora mutante não tem capacidade de crescer em meio mínimo porque, devido à mutação, ele perde aqueles genes que preparam alguns nutrientes especiais para ele. Por exemplo. Vita. & # 8211B ou Tiamina.

& # 160Quando Vit & # 8211B ou Tiamina foi dado ao Neurospora mutante, então o crescimento do Neurospora foi normal. Este formulário é conhecido como Auxotroph.

EM. Swaminathan:

& # 160Ele induziu mutações no trigo com a ajuda dos raios-g para obter boas variedades, por exemplo. Sharbati Sonora

& # 160Swaminathan estabelecido g Jardim em IARI-New Delhi (Instituto Pusa).

& # 160Largest Institute na área de Agricultura na Ásia.

Pontos principais :

& # 160A maioria das mutações são prejudiciais.

& # 160 Às vezes, eles são letais, o que leva à morte de organismos.

& # 160Mas às vezes são benéficos quando usados ​​para obter boas variedades de plantas e animais. É chamado de Reprodução de mutações.

& # 160A maioria das mutações são recessivas e recessivas. Eles nunca eliminam de uma população que é chamada de Lei de Hardy-weinberg. Que é aplicável a grande população e acasalamento aleatório.

& # 160A mutação letal dominante sempre elimina de uma população se ela é grande ou pequena.

Mutação para frente e para trás:

& # 160Wild gene Forward Backward ______________ Gene mutante

Gene mutador e gene mutável:

& # 160Gene que induz mutação em outro gene é chamado gene mutador e o gene no qual a mutação é induzida é chamado de gene mutável.

Mutação / supressão neutra:

& # 160 A mutação em um gene é neutralizada pela mutação em outro gene chamada de mutação neutra. Portanto, significa mutação sem efeito e em neutralização duas mutações é requerido.

Complementação :

& # 160Ocorre em células heterocárias ou dicárias nas quais & # 160 dois núcleos geneticamente diferentes estão presentes em uma célula. O efeito da mutação em um núcleo é neutralizado pelo outro núcleo do heterocarionte. Esta condição ocorre em Neurospora durante a somatogamia.

& # 160Coloque no DNA ou gene onde a frequência de mutação é alta.

& # 160Nos procariotos, a frequência de mutação é alta do que nos eucariotos devido ao DNA nu.

Muton (unidade de mutação):

& # 160A menor parte do DNA que sofre mutação.

Tipos de mutação:

eu. MUTAÇÃO CROMOSSÔMICA

ii. MUTAÇÕES DE GENE

Mutações cromossômicas:

& # 160Alteração no número ou estrutura do cromossomo.

Tipos de mutação cromossômica

(i) Heteroploidia / mutação genomática & # 8594 & # 160change no número de cromossomos.

(ii) aberração cromossômica & # 8594 mudança na estrutura do cromossomo.

Heteroploidia / mutação genomática

& # 160Alteração no número de conjuntos ou cromossomos em conjuntos. Dois tipos & # 8211

(eu) Euploidia Mudança no número de conjuntos.

(ii) Aneuploidia Mudança no número de cromossomos em conjunto.

Mudança no número de conjuntos / perda ou adição de conjuntos de cromossomos.

Em uma célula diplóide normal, dois conjuntos de cromossomos estão presentes.

Perda de um conjunto (2n & # 8211 n = n) monoploidia.

Addn. de conjunto chamado de Polyploidy Addn. de um conjunto denominado Triploidia 2n + n = 3n

Addn. de dois conjuntos chamados & # 160as Tetraploidia 2n + 2n = 4n Addn. de três conjuntos chamados de Pentaploidia 2n + 3n = 5n Addn. de quatro conjuntos chamados de Hexaploidia 2n + 4n = 6n Addn. de cinco conjuntos chamados de Heptaploidia 2n + 5n = 7n

Plantas octaplóides raramente sobrevivem.

Plantas poliplóides com número par de conjuntos são sempre férteis, reproduzem-se sexualmente e formam sementes.

As plantas poliplóides com número ímpar de conjuntos são sempre estéreis, não se reproduzem por reprodução sexual, & # 160Eles não produzem sementes, mas podem produzir frutos sem sementes por partenocarpia. por exemplo. Banana e uvas sem grainha.

A poliploidia é de dois tipos:

1. Autopólio:

É a repetição do mesmo conjunto de cromossomos. por exemplo. AAA.

Cyanodon e Rose & # 174 & # 160 Plantas autortirplóides

Reproduza-se por propagação vegetativa.

2. Alopoliploidia:

Mais de um tipo de conjuntos estão presentes nessas plantas, por exemplo. AA BB.

Essas plantas são obtidas por cruzamento intergenérico.

por exemplo, Raphanobrassica é & # 160obtido por cruzamento entre rabanete e repolho e obtido pela primeira vez pelo cientista russo Karpechenko.

                 
                                                          

                                                          

                                                             

Aneuploidia: Perda ou adição de cromossomos em conjuntos de cromossomos.

Tipos de aneuploidia: 1. Hipoaneuploidia (perda)

2n & # 8211 1 = monossomia: - (perda de um cromossomo em um conjunto).

2n & # 8211 1 & # 8211 1 = monossomia dupla (perda de um cromossomo de cada conjunto, & # 160 mas estes não são homólogos.)

2n & # 8211 2 = Nulisomia (perda de dois cromossomos homólogos)

2. Hiperaneuploidia (add.)

2n + 1 = Trissomia: adição de um cromossomo em um conjunto.

2n + 1 + 1 = Trissomia dupla: adição de um cromossomo em cada conjunto.

2n + 2 = Tetrassomia: adição de dois cromossomos em um conjunto.

A causa da aneuploidia é a não disjunção cromossômica que significa que os cromossomos não se separam durante a meiose.

As chances de aneuploidia são maiores em mulheres com idades mais avançadas devido à menor atividade do oócito, portanto, as chances de síndrome aumentam em crianças nascidas de mulheres com idades maiores.

2. Aberrações cromossômicas: Mudança na estrutura do cromossomo.

(i) Exclusão: A perda de uma parte ou segmento do cromossomo que leva à perda de algum gene é chamada de deleção.

É de 2 tipos: -

(eu) Exclusão de terminal - Perda do segmento cromossômico de uma ou ambas as extremidades.

por exemplo. A síndrome cry -du-chat é um exemplo de exclusão terminal no braço curto de 5º cromossoma.

(ii) Exclusão intercalar - Perda da parte cromossômica entre as extremidades.

(ii) Inversão: Quebra do segmento cromossômico & # 160, mas reunião no mesmo cromossomo em ordem reversa. Isso leva a uma mudança na distância entre os genes no cromossomo ou na sequência de genes no cromossomo, de modo que o cruzamento é afetado.

(eu) Paracêntrico - Se a inversão ocorrer apenas em um braço e o segmento invertido não incluir o centrômero.

(ii) Pericêntrico - Neste tipo de inversão, o segmento invertido inclui o centrômero.

(iii) Duplicação :

Ocorrência de um segmento cromossômico duas vezes em um cromossomo. Se neste segmento qualquer gene recessivo estiver presente, então ele dá expressão devido à condição homozigótica. Se neste segmento qualquer gene recessivo mas letal estiver presente, ele leva à morte do organismo.

Exemplo : Na drosófila & # 34Bar personagem de olho & # 34 é observada devido à duplicação no cromossomo X. O olho de barra é um personagem em que os olhos são mais estreitos em comparação com o formato normal dos olhos.

Translocação IV: Nesse caso, uma parte do cromossomo é quebrada e pode ser unida a um cromossomo não homólogo. Isso também é conhecido comoIlegítimo cruzamento (cruzamento ilegal) Três tipos de translocação & # 160 & # 8211

(A) Translocação Simples& # 8594 Quando um segmento cromossômico se rompe e se liga à extremidade terminal de um cromossomo não homólogo.

(B) Intersticial ou translocação de deslocamento & # 8594 Se um segmento de cromossomo se rompe e é inserido na posição intersticial de um cromossomo não homólogo.

c) Translocação recíproca & # 8594 Troca de segmentos entre dois cromossomos não homólogos.

por exemplo. A leucemia mióide crônica [C M L] é um tipo de câncer do sangue. Esta doença é o resultado da transiocação recíproca entre 22 e 9 cromossomos.

Nota: Se a troca de segmentos ocorre entre cromossomos homólogos, então é chamado cruzando.

Mutação genética ou mutação pontual

1. Substituição

2. Mutação de deslocamento de quadro.

A. Substituição: A substituição de uma base nitrogenada por outra base nitrogenada é chamada de substituição.

& # 160Ele causa mudança em um códon no código genético que leva à mudança em um aminoácido na estrutura da proteína. por exemplo. Anemia falciforme

Ponto principal :

A mudança pode não ocorrer porque para um ácido animal mais de um tipo de códons estão & # 160 presentes.

A substituição é de dois tipos: -1. Transição 2. Transversão.

1. Transição: Substituição de uma purina por outra purina ou substituição da pirimidina por outra pirimidina.

Métodos de transição: -

1. Por tautomerização: - Por este método a transição é induzida por HNO2. HNO2 muda a estrutura normal da base nitrogenada e a base nitrogenada modificada é chamada de Tautomer.

& # 160 Na estrutura de adenina e guanina, grupo amino está presente, HNO2 muda para imino grupo.

& # 160Na estrutura da citosina e da timina, o grupo ceto está presente. Que é alterado para enol grupo por HNO2.

& # 160Na primeira replicação de DNA, o tautômero de pares de adenina com uma citosina normal e o tautômero de pares de timina com guanina normal.

& # 160É um emparelhamento incomum, chamado de emparelhamento proibido então, um tipo errado de DNA é formado na célula.

& # 160Na segunda replicação do DNA, pares de citosina normais com guanina normal e pares de guanina normais com citosina normal.

& # 160É o emparelhamento normal, então a transição é concluída em duas replicações de DNA (os tautômeros sempre realizam o emparelhamento proibido)

2. Por ionização:

& # 160Por este método, a transição é induzida por radiação ionizante como o raio-X. Essas radiações convertem as bases nitrogenadas em seus íons e os íons realizam o emparelhamento proibido. Portanto, por meio desse método, a transição é concluída em duas replicações de DNA.

3. Por análogos de base:

& # 160 A transição é induzida por produtos químicos que têm função semelhante à de uma base nitrogenada. Eles são chamados análogos de base ou duplicatas da base nitrogenada. por exemplo. Aminopurina é uma base análoga à Adenina (purina) 5 & ​​# 8211Bromo uracil é uma base análoga à timina (pirimidina),5-Iodo uracil é uma base análoga à guanina,5-cloro uracil é uma base análoga à citosina.

& # 160In I os análogos da base de replicação do DNA se estabelecem na estrutura normal do DNA.

& # 160In II replicação de DNA eles realizam emparelhamento proibido.

& # 160In III A transição da replicação do DNA está concluída.

Transversão:

& # 160Substituição de purina por pirimidina ou pirimidina por purina é chamado transversão.

 EMS r Etil metano sulfonato

 M MS r Metil metanossulfonato

& # 160Esses produtos químicos causam a depurinação significa que eles removem uma purina da estrutura do DNA. Então, uma lacuna é formada.

& # 160Se esta lacuna for preenchida por outra purina, então ela é chamada de transição.

* Mas se esta lacuna for preenchida por pirimidina, ela é chamada de transversão.

Portanto, EMS e MMS podem causar transição e transversão.
Mutação frame shift / mutação gibberish:

(1) Acredina (2) proflavina Esses produtos químicos causam a perda ou adição de uma ou duas bases nitrogenadas na estrutura do DNA, então a leitura completa do código genético é alterada. Isso leva a uma mudança em todos os animoácidos na estrutura da proteína, de modo que uma nova proteína é formada, que é completamente diferente da proteína anterior. & # 173
A TG & # 160 & # 160 & # 160 & # 160ACG & # 160 & # 160 & # 160GAC & # 160 & # 160 & # 160 & # 160AGA & # 160 & # 160 & # 160 & # 160AAC.
A TG & # 160 & # 160 & # 160 & # 160 & # 160CGG & # 160 & # 160 A CA & # 160 & # 160 & # 160GAA & # 160 & # 160 & # 160 & # 160 AC & # 160.

Portanto, as mutações de deslocamento de quadro são mais prejudiciais em comparação com a substituição & # 160.

Talesemia (distúrbio genético letal) Mutagênicos:

Mutagênicos são as substâncias que causam mutações: -

1. Radiação: - são dois tipos

(ii) Não ionizantes: - Raios U. V..

Os raios U. V. têm menos poder de penetração e a pele de organismos superiores absorvem as radiações. Portanto, eles não causam nenhum efeito em animais superiores, mas os raios U. V. e as radiações são mutagênicos eficazes em micróbios e, devido a mais efeito, levam à morte de micróbios. Portanto, os raios U. V. são usados ​​para esterilizar a sala de operações.

As radiações causam principalmente aberrações cromossômicas que causam grandes alterações nos organismos. Portanto, as mutações cromossômicas são mais importantes na evolução.

Raios U. V. e HNO2 causar desaminação da base nitrogenada significa que eles removem o grupo amino da base nitrogenada por desaminação de,
& # 8203Adenina & # 190 & # 8594 Hipoxantina Guanina & # 190 & # 8594 Xantina Citosina & # 190 & # 8594 Uracil U.V. os raios não causam desaminação na timina. Por U.V. os raios dois timina adjacentes unem-se e formam o dímero de timina.

2. Mutagênicos químicos:-por exemplo. Gás mostarda (identificado pela primeira vez como mutagênicos químicos) Tetra-sulfeto de carbono, ácido nitroso (HNO2) Peróxido orgânico, etil uretano, pesticidas, etc.

DDT (Dicloro Difenil Tricloro Etano) LSD (Dietilamida do ácido lisérgico)

Os mutagênicos químicos são mais prejudiciais do que as radiações porque o corpo não está protegido contra produtos químicos.

Fontes de mutagênicos químicos são alimentos, ar e água.

O efeito da radiação é localizado, enquanto os mutagênicos químicos se espalham por todo o corpo através da circulação sanguínea e quando atingem as gônadas causam mutação germinativa.

Os produtos químicos também causam mutações cromossômicas.

Antibióticos: 1. Neomicina 2. Kenamicina 3. Estreptomicina

Esses antibióticos se combinam com uma pequena subunidade do ribossomo procariótico e causam uma leitura incorreta do código genético ou induzem a erro na tradução.
Ponto principal :

Mesmo efeito do antiboítico com puromicina em eucariotos.

Ponto Especial

Mutação de mau senso: - Quando uma alteração de nucleotídeo no código genético causa a alteração de um aminoácido de uma cadeia polipeptídica, é chamada de mutação de sentido incorreto.

Mutação sem sentido:- Quando uma alteração de nucleotídeo em um códon causa a terminação da síntese de polipepetídeos ao produzir um códon sem sentido.

Códon de mesmo sentido: - Uma mudança em um nucleotídeo em um códon não altera o aminoácido na cadeia polipeptídica, porque ambos os códons codificam o mesmo aminoácido.


'Verificador ortográfico de DNA' significa que os genes não têm a mesma probabilidade de sofrer mutação

Um estudo que examinou 17 milhões de mutações nos genomas de 650 pacientes com câncer concluiu que as grandes diferenças nas taxas de mutação no genoma humano são causadas pela maquinaria de reparo do DNA.

O 'verificador ortográfico de DNA' é direcionado preferencialmente para as partes mais importantes dos cromossomos que contêm genes-chave.

O estudo ilustra como os dados de projetos de sequenciamento médico podem responder a questões básicas sobre como as células funcionam.

O trabalho, realizado por dois cientistas da Unidade de Biologia de Sistemas EMBL-CRG de Barcelona, ​​será publicado online em Natureza em 23 de fevereiro. Copiar o grande livro de que é nosso genoma sem erros toda vez que uma célula se divide é um trabalho difícil. Felizmente, nossas células estão bem equipadas para revisar e reparar erros de DNA. Agora, dois cientistas do Center for Genomic Regulation em Barcelona publicaram um estudo mostrando que erros em diferentes partes de nosso genoma não são igualmente corrigidos. Isso significa que alguns de nossos genes têm maior probabilidade de sofrer mutação e, portanto, contribuir para doenças do que outros.

Os cientistas analisaram 17 milhões de 'variantes de nucleotídeo único' - mutações em apenas um nucleotídeo (letra) da sequência de DNA - examinando 650 tumores humanos de diferentes tecidos. Essas foram mutações "somáticas", o que significa que não são herdadas dos pais ou transmitidas aos filhos, mas se acumulam em nossos corpos à medida que envelhecemos. Essas mutações somáticas são a principal causa do câncer. Muitos resultam de agentes mutagênicos, como fumaça de tabaco ou radiação ultravioleta, e outros vêm de erros que ocorrem naturalmente na cópia de DNA à medida que nossos tecidos se renovam.

Ben Lehner e sua equipe haviam descrito anteriormente que as mutações somáticas são muito mais prováveis ​​em algumas partes do genoma humano, danificando, assim, genes que podem causar câncer. Em um novo artigo publicado em 23 de fevereiro em Natureza, eles mostram que isso ocorre porque os erros genéticos são mais bem reparados em algumas partes do genoma do que em outras. Essa variação foi gerada por um mecanismo de reparo de DNA específico denominado "reparo de incompatibilidade" - uma espécie de verificador ortográfico que ajuda a corrigir os erros no genoma após a cópia. Lehner e Supek mostram que a eficiência desse 'verificador ortográfico do DNA' varia dependendo da região do genoma, com algumas partes dos cromossomos recebendo mais atenção do que outras.

Virando o jogo nas taxas de mutação

O trabalho apresentado por Lehner e Supek lança uma nova luz sobre um processo que era inexplorado - o que torna algumas partes do genoma humano mais vulneráveis ​​a danos? "Descobrimos que regiões com genes ativados tinham taxas de mutação mais baixas. Não porque menos erros estão acontecendo nessas regiões, mas porque o mecanismo para repará-los é mais eficiente", explica Ben Lehner, líder do grupo ICREA e professor de risco AXA previsão de doenças relacionadas com a idade na unidade de Biologia de Sistemas EMBL-CRG em Barcelona. A maquinaria celular de 'reparo de incompatibilidade' é extremamente precisa ao copiar regiões importantes contendo genes que são essenciais para o funcionamento da célula, mas fica mais relaxada ao copiar partes menos importantes. Em outras palavras, parece haver uma capacidade limitada de reparo do DNA em nossas células, que é direcionada para onde é mais importante.

Os pesquisadores do CRG também descobriram que a taxa de mutação difere em cerca de 10% do genoma humano em células originadas de diferentes tecidos. Em particular, as doenças malignas do fígado, colorretal e linfócitos apresentam mais mutações em algumas partes de nossos cromossomos, enquanto os cânceres de mama, ovário e pulmão acumulam mais mutações em outros locais. Eles descobriram que genes que são importantes e ativados (expressos) em um determinado tecido também exibem menos mutações em tumores daquele tecido, o efeito se estende para o DNA circundante. Mas o que dá aos genes importantes uma maior resiliência a danos?

"A diferença não está no número de novas mutações, mas no mecanismo que mantém essas mutações sob controle", comenta Fran Supek, pesquisadora de pós-doutorado do CRG e primeira autora do artigo. “Ao estudar as células cancerosas, agora sabemos mais sobre como manter a integridade do DNA, o que também é muito importante para as células saudáveis”, acrescenta. Depois que o 'verificador ortográfico genômico' foi desativado em uma célula, os cientistas observaram que a informação genética começou a se deteriorar não apenas muito rapidamente, mas também em todas as partes do genoma - nem as partes importantes nem as menos importantes podem ser reparadas mais . Sabe-se que o reparo de incompatibilidade de DNA é desativado em alguns tumores do cólon, estômago e útero, produzindo câncer "hipermutador" nesses órgãos.

O acúmulo de alterações prejudiciais no DNA é um processo normal que ocorre em todas as células humanas sempre que elas se dividem. Portanto, essa pesquisa não apenas dá uma contribuição importante não apenas para a pesquisa do câncer, mas também pode levar a descobertas sobre o envelhecimento e doenças genéticas.


ACMG atualiza a lista de genes para relatórios laboratoriais de resultados secundários de sequenciamento clínico

NOVA YORK - O Colégio Americano de Genética Médica e Genômica atualizou sua lista de genes para os quais recomenda resultados de relatórios de laboratórios. Agora inclui 73 genes.

O ACMG recomendou pela primeira vez em 2013 que os laboratórios que conduzem genoma clínico ou sequenciamento de exoma relatassem descobertas secundárias para um conjunto de 56 genes. Essa lista englobava genes em que as variantes predispunham as pessoas a doenças como síndromes de câncer hereditárias e eram medicamente acionáveis. Uma atualização da lista em 2016 adicionou mais quatro genes, mas removeu um.

Conforme relatado hoje em Genética em Medicina, um grupo de trabalho ACMG agora adicionou mais 14 genes à sua lista de genes para os quais os resultados secundários devem ser relatados. Em uma atualização de política de acompanhamento, o grupo de trabalho observou ainda seus planos para atualizar esta lista - agora denominada ACMG SF v3.0 - anualmente.

"Esperamos envolver mais a comunidade para contribuir com este processo e obter uma programação regular para os laboratórios para antecipar qualquer lançamento de uma lista atualizada", Christa Lese Martin, diretora do Autism and Developmental Medicine Institute do Geisinger Health System e co- presidente do Grupo de Trabalho de Descobertas Secundárias da ACMG, disse em um e-mail. "Estamos aprendendo sobre novas relações gene-doença e novos tratamentos em um ritmo rápido e queremos acompanhar aqueles que têm o potencial de serem os mais medicamente acionáveis."

Para esta atualização, os membros do grupo de trabalho revisaram não apenas genes recentemente recomendados por membros da ACMG e grupos externos para inclusão, mas também aqueles considerados anteriormente que não estavam na lista e outros que outras organizações consideraram acionáveis. Quatro subgrupos - um enfocando genes ligados ao câncer hereditário, erros inatos do metabolismo e doenças cardiovasculares e um grupo diverso - revisaram os candidatos, que foram então votados por todo o grupo de trabalho e avaliados pelo conselho de diretores da ACMG.

As novas adições à lista de genes incluem PALB2, que está ligado ao câncer hereditário de mama e / ou ovário TTN e FLNC, que estão associados à cardiomiopatia dilatada e GAA, que está relacionado à doença de Pompe.

"Há uma série de fatores que levamos em consideração ao decidir se devemos incluir um par gene-doença na lista de descobertas secundárias da ACMG", disse David Miller, geneticista médico do Boston Children's Hospital e co-presidente da ACMG Secondary Findings Grupo de Trabalho, disse em um e-mail. "Essas considerações incluem, mas não estão limitadas a, capacidade de detectar variantes de risco genético por meio de exoma padrão ou sequenciamento de genoma, gravidade da condição e grau de risco conferido por variantes no gene e capacidade de ação da informação."

Em sua declaração de política, o grupo de trabalho enfatiza a necessidade da lista de genes para equilibrar o benefício para os pacientes com a carga sobre os laboratórios e médicos para revisar e relatar esses resultados.

O grupo observou que considerou a inclusão de genes farmacogenômicos e variantes - o gene RYR1 foi incluído desde ACMG SF v1.0 - mas concluiu que as principais variantes farmacogenômicas ou haplótipos não podem ser facilmente determinados por meio do sequenciamento do exoma. Alguns, por exemplo, estão localizados no promotor ou íntrons, enquanto outros são variantes de número de cópia.

O grupo de trabalho ainda planeja fazer atualizações na lista anualmente, e está planejando janeiro para seus lançamentos anuais, mas pode fazer outras atualizações se mudanças urgentes forem necessárias. Para tanto, incentiva os membros da ACMG e outras sociedades profissionais a nomear genes para inclusão na lista, bem como alertar a organização sobre quaisquer novos dados sobre qualquer gene da lista que possa afetar o atendimento ao paciente.

Enquanto isso, espera que sua declaração de política seja atualizada com menos frequência, aproximadamente a cada três a quatro anos.