Mutações
MECANISMOS DE REPARO DO DNA
SÍNDROMES DE INSTABILIDADE
CROMOSSÔMICA
Profa. Dra. Ana Elizabete Silva
Departamento de Biologia
ESTABILIDADE
GENÉTICA
SOBREVIVÊNCIA E
REPRODUÇÃO
REPLICAÇÃO PRECISA DO DNA
REPARO DO DNA
Falhas
Aberrações cromossômicas: mudança no genoma
Mutações no DNA: doenças genéticas (câncer)
TIPOS DE LESÕES NO DNA
Estimativa: 100.000 lesões célula/dia (quebras SSB,
perdas de bases espontâneas, outras lesões)
Exposição ao sol (UV): induz 100.000
fotoprodutos/queratinócito
Preservação da Integridade do
Genoma
Mecanismos para
manutenção do genoma:
Sistemas de checkpoint e
tolerância
Diversos mecanismos de reparo
do DNA
Ativação do câncer e
senescência, ou morte celular
LESÕES RETARDAM PROGRESSÃO
DO CICLO CELULAR
ATM
P53
Danos DNA
Bloqueio do
Reparo do DNA
ciclo celular
(Checkpoint)
Apoptose
Câncer
Doenças
genéticas
Síndromes de instabilidade
cromossômica
Envelhecimento
MECANISMOS DE REPARO DO DNA
Reparar danos no DNA surgidos
espontaneamente ou induzidos por mutágenos
•Reparo direto
•Reparo de pareamento errôneo (mismatch
repair)
• Reparo de excisão de bases
•Reparo de excisão de nucleotídeos
• Reparo de quebras de fita dupla no DNA:
- Reparo Homólogo ou Recombinação
- Reparo da junção das extremidades
REPARO DIRETO
• reversão ativa da lesão → sem retirar a
base danificada → muito eficiente
• O6-metilguanina → transição G:C para
A:T (produzida endogenamente ou
mutagênicos químicos alquilantes)
•Enzima MGMT (metil guanina
metiltransferase) → remove o grupo metil
• alto custo energético → uma molécula
da enzima é inativada para cada lesão
corrigida
O6-metil guanina
O6-etil guanina
E.coli e mamíferos
Reparadas pela O6metilguanina DNA
metiltransferases
(MGMT)
Transfere grupo alquil
(metila) para uma
cisteína da DNA
metiltransferase
A proteína é inativada
REPARO DIRETO
Agente
alquilante
O6-Metilguanina
CH3
G
G
C
C
Reparo Direto
Reconhecimento da
base alterada e
transferência do grupo
metil para resíduo de
cisteína da MGMT
DNA restaurado e
enzima inativa
MGMT
CH3
G
C
G
C
CH3
MGMT
REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO
MISMATCH REPAIR - MMR
• reparo pós-replicação: bases incorporadas erroneamente no
DNA durante a replicação (DNA pol: 1 base errada na
cadeia filha/10 milhões pb)
REVISÃO DE PROVA “PROOFREADING”: DNA pol com
atividade exonuclease 3’  5’: corrige 99,9% dos
erros de replicação
• eliminação de bases mal pareadas e alças de
deleção/inserção (INDEL)
• atua na cadeia recém-sintetizada (não
metilada) → logo após a replicação do DNA
•Genes em humanos: MSH, MLH e PMS →
as proteínas formam complexos (heterodímeros)
•Genes em procariotos: MutS, MutL e MutH
Reparo Mismatch em E. coli.
Detecta e remove bases mal pareadas na cadeia
de DNA recém replicada ainda não metilada.
MutS: reconhece e liga-se ao par mal pareado
MutH: reconhece a cadeia metilada e corta a
cadeia não metilada
REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO
MISMATCH REPAIR - MMR
Deslizamentos da DNA
Polimerase em regiões de
microssatélite  sofre deslocamento
e produz filamento de DNA com
bases extras  formam alças
Mutações
em genes MMR segregam com
a síndrome de predisposição ao câncer
colorretal não polipose (HNPCC) 
maioria dos pacientes são heterozigotos
para mutações recessivas na linhagem
germinativa em genes MMR (MLH, MSH,
PMS)
células
tumorais sofrem perda do alelo
normal e exibem instabilidade de
microssatélites números variáveis de
repetições de microssatélites nas células
tumorais
Câncer de cólon não-poliposo familial:
instabilidade de microssatélites
-70 a 85% de risco
- mutações em MLH1 e MLH2 são mais
comuns (diagnóstico precoce)
REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO
5’
Base errada
3’
Cadeia filha
G
A
Cadeia
parental
MSH3
MSH6
G
MSH2
MLH2
PMS2
A
G
A
Reconhecimento do
dano e corte na cadeia
filha
Excisão de fragmento
de 100 a 1000pb
contendo a base
incorreta
DNA ligase
DNA pol /
A
T
A
Síntese de DNA e ligação
da fita reparada
Fita reparada
REPAROS DE EXCISÃO:
Reparo de excisão de bases
Reparo de excisão de nucleotídeos
ETAPAS COMUNS
etapa 1 = incisão (endonuclease) e
excisão (exonuclease)
etapa 2 = ressíntese do DNA (DNA
polimerases β, δ, ε)
etapa 3 = ligação das extremidades
(DNA ligases)
REPARO POR EXCISÃO DE BASES - BER
• reparo de danos causados por agentes endógenos: danos
oxidativos (ROS)  oxigênio reativo,radicais livres H2O2, hidrólises
 que modificam a estrutura das bases ou geram sitios abásicos
(AP)
• reparo de danos induzidos por radiação ionizante e agentes
alquilantes
• realizado pelas DNA glicosilases: cada DNA glicosilase (~ 8
genes diferentes) reconhece uma base alterada no DNA e catalisa
sua remoção por hidrólise
•Ex.: uracila-DNA-glicosilase  remove a uracila do DNA
(desaminação da C  U)  transição GC  AT
- quebram ligações base-açúcar
- liberam as bases gerando sítios apurínicos ou apirimidínicos
(sítios AP)
- sítio reparado por endonucleases específicas
REPARO POR EXCISÃO DE BASES BER
•Etapas:
• remoção da base danificada (DNA glicosilase)  sítio AP
• incisão do sítio AP na porção 5’ (endonuclease)
• excisão do terminal 5’ e remoção (exonuclease)  gerando
lacuna de 1 nucleotídeo (via curta) ou 2-12 nucleotídeos (via longa)
• síntese DNA (DNA polimerase)
• ligação da cadeia (DNA ligase)
REPARO POR EXCISÃO DE BASES BER
Reconhecimento base
danificada e remoção:
DNA glicosilase
Sítio AP
Endonuclease: incisão 5’
Exonuclease: excisão
Síntese: DNA polimerase
Ligação: DNA ligase
REPARO POR EXCISÃO DE BASES BER
Quebra de
cadeia simples
Base danificada
*
Reconhecimento
e formação do
sítio AP
DNA
glicosilase
Reconhecimento
e incisão 5’ do
sítio AP
APE1
Excisão da
porção açúcar-P
e síntese de DNA
DNA pol
XRCC1
XRCC1
DNA
Ligação da
ligase III
XRCC1
PARP
PNK
DNA pol
PCNA
Incisão 5’
FEN1
DNA ligase I
cadeia
VIA CURTA
1 nucleotídeo
Reconhecimento
da quebra
VIA LONGA
Excisão e
Síntese DNA
Ligação da
cadeia
2-13 nucleotídeos
REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS - NER
• remoção de adutos no DNA  distorção da
dupla hélice
• dímeros de pirimidina (radiação UV) , HAP, cisplatina
• fatores ambientais
• principal mecanismo de reparo
• deficiência: doenças genéticas
•realizado pelo complexo multienzimático XPA-XPG
(humanos)
•Bactérias: complexo UVrA, UVrB, UVrC e UVrD
• remove 22-30 nucleotídeos
Xeroderma Pigmentoso
-Mutações em XPA-XPG
-  1000 a 4000X o risco de câncer de pele 
exposição solar ou irradiação UV
REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS NER

Etapas:

Reconhecimento da lesão no DNA (complexo XPA-XPC)
 ligam-se ao DNA danificado
abertura da dupla hélice  atividade de helicase 
XPB e XPD
Dupla incisão na cadeia danificada: 3’ (XPG) e 5’ (XPF)
Excisão  remoção do segmento de DNA (~30
nucleotídeos)
Síntese de DNA  DNA polimerase
Ligação da cadeia  DNA ligase





Reparo por excisão
de nucleotídeos (NER)
Reconhecimento dano
(XPA-XPC)→ interação
com TFIIH →atividade
de helicase
XPG: endonuclease
que corta a fita em
3’
ERCC1-XPF:
endonuclease que
corta a fita em 5’
DNA pol, PCNA, RPA
e RFC: síntese da
fita nova
Fragmento 26-27
nucleotídeos
Ligase
http://www.nature.com/nrc/journal/v1/n1/animation/nrc1001-022a_swf_MEDIA1.html
SÍNDROMES ASSOCIADAS A DEFEITOS NO NER
Reconhecimento
da lesão
Incisão
Excisão: remoção
dano
Síntese reparo
REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA DUPLA
• DSB (quebra fita dupla):
• lesão espontânea induzida por radicais de O2 livres e
replicação do DNA
• agentes genotóxicos como a radiação ionizante
• causa de aberrações cromossômicas
• Duas vias principais em mamíferos:
•Reparo por recombinação homóloga (RH) 
pareamento com o cromossomo homólogo intacto
• Reparo de ligação das extremidades não- homólogas
(NHEJ)  religação direta das extremidades quebradas
REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA DUPLA
•Reparo homólogo (RH)  Etapas
•Reconhecimento da quebra e pareamento do cromossomo homólogo intacto com o
cromossomo que apresenta a quebra dupla
•Degradação das extremidades danificadas
•Deslocamento da cromátide-irmã intacta para o sítio a ser reparado
•A cromátide-irmã serve como molde para síntese de DNA  restaura a sequência
original
•Ligação das extremidades
REPARO HOMÓLOGO
Cromátides
irmãs
Reparo DNA
com fidelidade
Radiação ionizante
Quebra de
cadeia dupla
Rad50
MRE11
NBS1
DNA
ligase
DNA pol
Síntese de DNA e
ligação das cadeias
Degradação 5’-3’
Rad52
BRCA2
Invasão da cadeia
BRCA1
Rad54
Rad51
REPARO HOMÓLOGO
Rad50
Rad52
BRCA1/Rad54
BRCA2/Rad51
Síntese DNA
pol
Ligação DNA
ligase IV
LIGAÇÃO DAS EXTREMIDADES NÃO-HOMÓLOGAS
KU80 e KU70:
Processamento
das extremidades
XRCC4 /DNA ligase IV:
ligação das extremidades
DNA reparado com
baixa fidelidade
Células em
proliferação
Ligação c/ RPA
(proteína de
replicação) e RAD51
(recombinase)
Facilita o encontro
da cromátide-irmã
e invasão
Ligação das
extremidades pela
LIG1
Células em
proliferação ou não
Modificação das
extremidades: KU70 e
KU80 recruta DNA-PK
(proteína quinase) 
complexo
Ligação das
extremidades pela
LIG4+XRCC4
http://www.sbbq.org.br/revista/mtdidaticos/Env.pdf
CLASSES DE DISTÚRBIOS AFETANDO A
MANUTENÇÃO DO GENOMA
1. Envelhecimento acelerado: síndromes
progeróides
2.
3.
Tipos de câncer:
Envelhecimento acelerado e câncer
SÍNDROMES COM DEFEITOS NA MANUTENÇÃO DO
GENOMA: ENVELHECIMENTO (PROGÉRIA)
Síndrome
Cockayne
Genes mutados
CSA, CSB, XPB,
Processo Afetado
Sintomas
NER
XPD, XPG
Tricotiodistrofia
XPB, XPD, TTDA
NER
Rothmund-Thomson
RECQL4
Deficiência helicase
(reparo de danos oxidativos)
Hutchison-Gilford
(Progéria)
LMNA
função da lâmina nuclear
SÍNDROMES COM DEFEITOS NA MANUTENÇÃO DO
GENOMA: CÂNCER
Síndrome
Câncer mama
Genes mutados
BRCA1, BRCA2
familial
Processo Afetado
Reparo Homólogo
(quebras duplas)
Li-Fraumeni
TP53
Checkpoint G1-S
Câncer colorretal não-
MSH2, MLH1
Mismatch repair
polipose hereditário
(HNPCC)
(MMR)
SÍNDROMES COM DEFEITOS NA MANUTENÇÃO DO
GENOMA: PROGÉRIA + CÂNCER
Síndrome
Genes mutados Processo Afetado
Xeroderma pigmentoso
XPA-XPG
NER
S. Bloom
BLM
Deficiência helicase
(recombinação mitótica)
Anemia de Fanconi
FANC
Reparo DNA crosslink
Ataxia telangiectasia
ATM
Reparo DSB
S. Werner
WRN
Deficiência helicase
(recombinação/reparo DNA
manutenção dos telômeros)
Adolescência
-
40 anos
Xeroderma Pigmentoso
Síndrome de Cockaine
Tricotiodistrofia
Anemia de Fanconi
Ataxia telangiectasia
SÍNDROMES DE
INSTABILIDADE
CROMOSSÔMICA
Síndrome de Bloom
defeitos nos mecanismos de reparo e replicação do DNA
 freqüência  aberrações cromossômicas
 incidência  câncer
XERODERMA PIGMENTOSO (XP)
 AR
 Clínica
manifestações cutâneas (1,5 anos)
anomalias oculares (4 anos)
anomalias neurológicas progressiva (6 meses)
primeiro câncer de pele (8 anos)
Xeroderma (pele seca)
Incidência:
1/250.000 (USA) e 1/40.000 (Japão)
Células
XP:
sensíveis
a
radiação
UV
indivíduos incapazes reparar dímeros TT: risco ↑ câncer
de pele (2000x)
XP: defeito no reparo de excisão de nucleotídeos
(NER)
•Grupos de complementação: mutações nos genes
XPA-XPG
diferenças clínicas
•defeitos enzimáticos
incapacidade de
excisar danos induzidos pela luz UV e mutagênicos
químicos
 diagnóstico exposição a luz solar
TRATAMENTO
proteção da pele da luz solar
chapéus
óculos que absorvem luz UV
bloqueadores solares
roupas protetoras
acompanhamento periódico por
dermatologista
Criança com XP protegida do sol usando máscara e luvas
resistentes a luz UV: não apresenta lesões na pele

Síndrome de Cockayne
Características:
- Anormalidades esqueléticas: face
parecida com a de um passarinho
- Cáries, cifose e osteoporose em
pacientes de idade avançada.
- Degeneração neurológica
progressiva: início precoce,
desenvolvimento psicomotor
atrasado, defeitos no modo de andar
e retardo mental.
- Microcefalia
- Perda da audição, retinopatia
pigmentar, cabelos finos e cataratas

Morte: 12,5 anos
principais causas: pneumonia e
infecções respiratórias
Alterações genéticas:
 Dois genes com mutações foram
identificados nesta síndrome: CSA e CSB.


O gene CSA, responsável pela síndrome
de Cockayne do tipo 1→ cromossomo 5.
O gene CSB, responsável pela síndrome
de Cockayne do tipo 2 → cromossomo
10q11.
 Reparo defeituoso: NER

TRICOTIODISTROFIA (TTD)
AR
Clínica
cabelos quebradiços (deficientes S)
iquitiose (escamas de peixe)
retardo mental e físico
fácies distintivas orelhas protuberantes
queixo retraído
 descrita 1968
Pollitt e colaboradores
 50% pacientes
fotossensibilidade
 TTD
NER defeituoso
não desenvolvem câncer de pele
TTD
XPB
XPD
Helicases do fator de reparo/transcrição TFIIH
30 grupo de complementação: TTD-A (fator de transcrição basal)
ANEMIA DE FANCONI (FA)
AR
Clínica
anemia aplástica (90% casos)
alterações da pigmentação da pele (64%)
baixa estatura (62%)
malformações do rádio (50%) e
deformidades do dedo polegar
anomalias oculares (41%), renais (34%),
microcefalia (37%), deficiência mental
(25%)
descrita 1927
Guido Fanconi
 incidência: 1/22.000 a 1/476.000 indivíduos
 8 grupos de complementação: FA-A, FA-B, FA-C, FA-D1, FA-D2,
FA-E, FA-F e FA-G
heterogeneidade genética
 células FA: sensíveis à agentes químicos que causam ligações
cruzadas entre as fitas de DNA: mitomicina C (MMC),
diepoxibutano (DEB), mostarda nitrogenada (NM), cisplatina , ...
freqüência  de neoplasias: leucemias e tumores hepáticos
 quebras cromossômicas espontâneas, figuras tri, quadri e
multirradiais.
SÍNDROME DE BLOOM (SB)
AR
Clínica
 peso ao nascimento
retardo de crescimento pré e pós-natal
(145 cm Homem; 130 cm Mulher)
telangiectasias e fotossensibilidade (borboleta)
cabeça alongada, microcefalia, inteligência
normal
imunodeficiência: infecções (respiratórias e
gastrointestinais)
Incidência: 1/58.000 judeus
asquenazim
Frequencia aumentada de quebras
cromossômicas
figuras quadrirradiais
mutações no gene BLM
15q26.1
DNA helicase ( RecQ)
papel na replicação e reparo do DNA
Risco maior de câncer: carcinomas,
leucemias e linfomas
ATAXIA TELANGIECTASIA (AT)
SÍNDROME DE LOUIS-BAR
AR
Clínica
- Degeneração cerebelar progressiva- Ataxia
(12-14 meses)
disfunção neuromotora
-telangiectasia dos olhos e pele (3 e 5 anos)
- retardo de crescimento (70%)
incidência neoplasias (linfoma e
leucemia linfóide) e imunodeficiências
incidência: 1/40.000
risco  câncer de mama
heterozigotos AT
células AT
sensíveis a radiação ionizante e agentes
radiomiméticos (N-acetoxi-N-2-acetil-2-aminofluoreno - 4-NQO)
 linfócitos AT
rearranjos espontâneos dos cromossomos 7 e 14
 4 grupos de complementação: A, C, D e E
 gene ATM (11q23)
mutações gene ATM
proteina ATM participa diversas vias:
controle transdução de sinal
checkpoint ciclo celular
resposta celular ao dano no DNA induzido por radiação
 gene ATM interage p53 na checagem G1-S e mutações no gene ATM
abolem mecanismo de reparo pré-síntese de DNA
 defeito
DNA
mecanismo de reparo do DNA ou defeito na replicação
Doença
Xeroderma
Pigmentoso
Anemia de Fanconi
Características
Tumores de pele,
fotossensibilidade,
cataratas, anomalias
neurológicas
Anemia, suscetibilidade a
leucemia, malformações nos
membros, rins e coração,
instabilidade cromossômica
Síndrome de Bloom Deficiência de crescimento,
imunodeficiência,
instabilidade cromossômica,
aumento de incidência de
câncer
Síndrome de Werner
Cataratas, osteoporose,
aterosclerose, perda de
elasticidade da pele, baixa
estatura, diabetes, aumento
de incidência de câncer
Ataxia telangiectasia
Ataxia cerebelar,
telangiectasias*, deficiência
imune, aumento de
incidência de câncer,
instabilidade cromossômica
Tipo de reparo do defeito
Defeitos de reparo de excisão de
nucleotídeo, incluindo mutações nos
genes de endonuclease e helicase (XPAXPG)
Até oito genes diferentes (FANCAFANCH) podem estar envolvidos, mas
sua função exata no reparo do DNA
ainda não é conhecida
Mutações na família reqQ helicase
Gene BLM
Mutações na família reqQ helicase
Gene WRN
Produto do gene normal (ATM)
provavelmente está envolvido no
bloqueio do ciclo celular após ocorrer
dano ao DNA
1. Identifique os mecanismos de reparo do DNA representados nas figuras A, B, C
e D. Descreva as etapas correspondentes de cada mecanismo de reparo,
destacando as principais enzimas (em humanos) envolvidas em cada etapa. Quais
tipos de lesões podem ser reparadas por cada um desses mecanismos?
A
B
C)
D
2 – Identifique as síndromes de instabilidade cromossômica representadas nas
figuras A, B e C. Pesquise sites sobre as doenças e descreva os principais sinais
clínicos, tipos de câncer relacionados, mecanismo de reparo defeituoso e genes
envolvidos:
A)
Pacientes apresentam imunodeficiência e fotossensibilidade na face e
as células apresentam instabilidade cromossômica.
B) Pacientes apresentam telangiectasia oculocutânea e disfunção
neuromotora.
C) Pacientes apresentam sensibilidade a luz solar e risco elevado de câncer de
pele desde a infância.