¿Cómo se puede reparar el ADN dañado?

El ADN celular está sujeto a daños por procesos tanto exógenos como endógenos. En general, el genoma humano puede sufrir millones de daños por día. Los cambios en el genoma causan errores en la expresión génica, produciendo proteínas con estructuras alteradas. Las proteínas desempeñan un papel importante dentro de la célula al involucrarse en las funciones celulares y la señalización celular. Por lo tanto, los daños en el ADN pueden causar proteínas no funcionales que en última instancia conducen a cánceres. Además, los cambios en el genoma pueden pasar a la siguiente generación de células, convirtiéndose en cambios permanentes conocidos como mutaciones. Por lo tanto, es fundamental reparar los daños en el ADN y en este proceso intervienen varios mecanismos celulares. Algunos de estos mecanismos de reparación incluyen la reparación por escisión de la base, la reparación por escisión de nucleótidos y la reparación de rotura de doble hebra.

Áreas clave cubiertas

1. ¿Qué son los daños en el ADN?
     - Definición, Causas, Tipos
2. ¿Cómo se puede reparar el ADN dañado?
     - Mecanismos de reparación de daños
3. Qué sucede si los daños en el ADN no se reparan
     - Respuestas celulares para ADN celular dañado

Términos clave: Reversión directa de las bases, Daño en el ADN, Reparación del daño de doble filamento, Factores endógenos, Factores exógenos, Reparación del daño de un solo hilo

¿Qué son los daños en el ADN?

Los daños en el ADN son las alteraciones de la estructura química del ADN, incluidas las bases faltantes de la red troncal del ADN, las bases modificadas químicamente o las roturas de doble cadena. Tanto las razones ambientales (factores exógenos) como las fuentes celulares como los procesos metabólicos internos (factores endógenos) causan daños en el ADN. El ADN roto se muestra en Figura 1.

Figura 1: ADN roto

Causas: Factores Exógenos

Los factores exógenos pueden ser mutágenos físicos o químicos. Los mutágenos físicos son principalmente radiación UV que genera radicales libres. Los radicales libres causan roturas tanto monocatenarias como bicatenarias. Los mutágenos químicos, como los grupos alquilo y los compuestos de mostaza nitrogenada, se unen covalentemente a las bases de ADN. 

Causas: Factores endógenos

Las reacciones bioquímicas de la célula también pueden digerir parcial o completamente las bases en el ADN. Algunas de las reacciones bioquímicas que cambian la estructura química del ADN se describen a continuación..

• Depurinación: la depuración es la descomposición espontánea de las bases de purina de la cadena de ADN.
• Deprimriminación: la despirimidinación es la descomposición espontánea de las bases de pirimidina de la cadena de ADN. 
• Deaminación: la desaminación se refiere a la pérdida de grupos amina de las bases de adenina, guanina y citosina.
• Metilación del ADN: la metilación del ADN es la adición de un grupo alquilo a la base de citosina en los sitios CpG. (A la citosina le sigue la guanina).

¿Cómo se puede reparar el ADN dañado?

Varios tipos de mecanismos celulares están involucrados en la reparación de daños en el ADN. Los mecanismos de reparación del daño del ADN se producen en tres niveles; reversión directa, reparación de daños de una sola hebra y reparación de daños de doble hebra.

Reversión Directa

Durante la reversión directa de los daños en el ADN, la mayoría de los cambios en los pares de bases se invierten químicamente. A continuación se describen algunos mecanismos de inversión directa..

1. Fotorreactivacion - Los rayos UV causan la formación de dímeros de pirimidina entre las bases de pirimidina adyacentes. La fotorreactivación es la inversión directa de los dímeros de pirimidina por la acción de la fotoliasa. Los dímeros de pirimidina se muestran en Figura 2.

Figura 2: Dímeros de pirimidina

2. MGMT - Los grupos alquilo se eliminan de las bases por metilguanina metiltransferasa (MGMT).

Reparación de daños de un solo hilo

La reparación de daños de una sola hebra está involucrada en la reparación de daños en una de las hebras de ADN en la doble hebra de ADN. La reparación por escisión de bases y la reparación por escisión de nucleótidos son los dos mecanismos involucrados en la reparación de daños de una sola hebra.

1. Reparación de escisión de base (BER) - En la reparación por escisión de la base, los cambios de un solo nucleótido se escinden de la cadena de ADN mediante glicosilasa y la ADN polimerasa resintetiza la base correcta. La reparación de la escisión de la base se muestra en figura 3.

Figura 3: BER

2. Reparación de escisión de nucleótidos (NER) - La reparación por escisión de nucleótidos está involucrada en la reparación de distorsiones en el ADN, como los dímeros de pirimidina. 12-24 bases se eliminan del sitio de daños por endonucleasas y la ADN polimerasa vuelve a sintetizar los nucleótidos correctos.

Reparación de daños de doble filamento

El daño de doble hebra puede llevar a la reorganización de los cromosomas. La unión final no homóloga (NHEJ) y la recombinación homóloga son los dos tipos de mecanismos involucrados en la reparación del daño de doble cadena. Los mecanismos de reparación de daños de doble hebra se muestran en Figura 4.

Figura 4: NHEJ y HR

1. Uniones finales no homólogas (NHEJ) - La ADN ligasa IV y un cofactor conocido como XRCC4 sostienen los dos extremos de la cadena rota y se unen a los extremos. El NHEJ se basa en las pequeñas secuencias homólogas para detectar los extremos compatibles durante la reincorporación.
2. Recombinación homóloga (HR) - La recombinación homóloga utiliza regiones idénticas o casi idénticas como plantilla para la reparación. Por lo tanto, las secuencias en cromosomas homólogos se utilizan durante esta reparación..

Qué sucede si los daños en el ADN no se reparan

Si las células pierden su capacidad para reparar el daño del ADN, pueden ocurrir tres tipos de respuestas celulares en las células con ADN celular dañado..

1. Senescencia o envejecimiento biológico: el deterioro gradual de las funciones de las células.
2. Apoptosis: los daños en el ADN pueden desencadenar cascadas celulares de apoptosis
3. Malignidad: desarrollo de características inmortales, como la proliferación celular descontrolada que conduce al cáncer..

Conclusión

Tanto los factores exógenos como los endógenos causan daños en el ADN que son reparados fácilmente por los mecanismos celulares. Tres tipos de mecanismos celulares están involucrados en la reparación del daño del ADN. Son la reversión directa de las bases, la reparación de daños de una sola hebra y la reparación de daños de doble hebra.

Imagen de cortesía:

1. "Brokechromo" (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia
2. "ADN con ciclobutano pirimidina dímero" Por J3D3 - Trabajo propio (CC BY-SA 4.0) a través de Commons Wikimedia
3. "Dna repair base excersion en" Por LadyofHats - (Dominio público) a través de Commons Wikimedia
4. "1756-8935-5-4-3-l" Por Hannes Lans, Jurgen A Marteijn y Wim Vermeulen - BioMed Central (CC BY 2.0) a través de Commons Wikimedia