¿Cómo pueden los errores durante la replicación del ADN conducir al cáncer?

Cada vez que las células del cuerpo se dividen, su ADN también se replica. Durante la replicación del ADN, la ADN polimerasa tiene que copiar alrededor de 3 mil millones de pares de bases en el genoma humano. Desafortunadamente, la ADN polimerasa también puede insertar nucleótidos erróneos en el ADN recién sintetizado. Se emplean varios mecanismos celulares para reparar estas bases incorrectas en la secuencia; Algunos de estos mecanismos incluyen la corrección de pruebas, la reparación de desajustes dirigida a las hebras, la reparación por escisión, la reversión directa del daño en el ADN y la reparación de roturas de doble hebra. sin embargo, algunos errores de replicación pueden pasar a la siguiente generación de células a través de la división celular, convirtiéndose en mutaciones. Estas mutaciones, conocidas como mutaciones somáticas, pueden acumularse en el cuerpo a medida que las células se dividen, dando lugar a cánceres. Algunas mutaciones del cáncer, como las mutaciones de la línea germinal, también pueden heredarse a la siguiente generación..

Áreas clave cubiertas

1. Cómo ocurren los errores durante la replicación del ADN
     - Base complementaria,
2. ¿Cómo se corrigen los errores en la replicación del ADN?
     - Mecanismos de reparación del ADN
3. ¿Cómo pueden los errores durante la replicación del ADN conducir al cáncer?
     - Mutaciones en los genes causantes de cáncer

Términos clave: cáncer, genes causantes de cáncer, división celular, ADN polimerasa, replicación del ADN, mutaciones, mecanismos de reparación

Cómo ocurren los errores durante la replicación del ADN

Durante la replicación del ADN, la ADN polimerasa agrega nucleótidos complementarios a la cadena de ADN de nueva síntesis basada en los nucleótidos en la cadena de ADN antigua. El patrón común de emparejamiento de bases es los pares de bases de adenina con los pares de bases de guanina y citosina con timina. El par de bases complementarias se muestra en Figura 1.

Figura 1: Emparejamiento de base complementaria

Causa de errores en la replicación del ADN

Las causas de los errores en la replicación del ADN se discuten a continuación..

1. La mayoría de los errores de replicación ocurren debido a la combinación incorrecta de nucleótidos no tautoméricos, como el apareamiento de bases de adenina con citosina y timina con guanina. Los cambios leves en la posición de los nucleótidos en el espacio son tolerados por la doble hélice del ADN. Este tipo de error de base de la base se conoce como un bamboleo.
2. Algunos errores de replicación ocurren debido al cambio tautomérico de los nucleótidos entrantes. Tanto las purinas como las pirimidinas pueden existir en diferentes formas químicas conocidas como tautómeros. Los protones ocupan diferentes posiciones dentro de la misma estructura en diferentes tautómeros. Por lo tanto, la forma ceto más común de las bases de nucleótidos se desplaza a la forma enol más rara. La tautomerización de guanina se muestra en Figura 2.

Figura 1: Tautomerización de guanina

3. Las inserciones o deleciones de nucleótidos pueden ocurrir durante el deslizamiento de la cadena en la replicación del ADN. También pueden producir errores en la replicación del ADN..

¿Cómo se corrigen los errores en la replicación del ADN?

Los errores en la replicación del ADN se pueden arreglar de varias maneras. Algunos de ellos se enumeran a continuación.

1. Corrección de pruebas: la ADN polimerasa está equipada con mecanismos como el "doble control" del nucleótido entrante y la actividad de exonucleasa de 3 'a 5' para corregir las bases de emparejamiento incorrecto.
2. Reparación de desajustes dirigida por hebra: el complejo de proteínas Mut reconoce las distorsiones en la hebra de ADN causadas por bases mal pareadas y las corrige.
3. Reparación de escisión de nucleótidos (NER): el NER es un mecanismo para corregir los daños UV en la cadena de ADN.
4. Inversión directa del daño del ADN: la reversión directa del daño del ADN está involucrada en la eliminación del daño del ADN, seguida de la resíntesis de la cadena de ADN..
5. Reparación de rotura de doble hebra: la unión final no homóloga y la recombinación homóloga son dos tipos de mecanismos implicados en la reparación de rotura de doble hebra.

¿Cómo pueden los errores durante la replicación del ADN conducir al cáncer?

Aunque la mayoría de las bases no coincidentes son reparadas por los mecanismos mencionados anteriormente; sin embargo, algunos de los desajustes de nucleótidos pueden pasar a la siguiente generación celular a través de la división celular. Luego se convierten en mutaciones al incorporarse permanentemente en la secuencia de nucleótidos del genoma. Sin embargo, las tasas de mutación son tan bajas como una mutación por cada 100 millones a 1.000 millones de pares de bases en los genomas bacterianos y un error por cada 100 a 1.000 nucleótidos en el genoma humano.

Las mutaciones se acumulan dentro de la población celular a medida que se dividen. Aunque las mutaciones producen variaciones genéticas dentro de una población como un efecto positivo de las mutaciones, la mayoría de las mutaciones causan cánceres. El cáncer es un crecimiento celular anormal que es capaz de propagarse a otras partes del cuerpo. Si el crecimiento celular anormal no se propaga a otras partes del cuerpo, se refiere a un tumor. En general, dos tercios de las mutaciones causan cáncer. Las mutaciones en los genes que son responsables del control de la división celular y el crecimiento celular pueden resultar en cánceres. Algunos genes causantes de cáncer son genes supresores de tumores, genes reparadores de ADN y protooncogenes. Algunas de las mutaciones que causan cáncer se muestran en figura 3.

Figura 3: Mutaciones que causan cáncer

Genes que causan cáncer

Genes supresores de tumores

Los genes supresores de tumores son un tipo de genes protectores, ya que limitan el crecimiento celular al controlar la tasa de división celular y la muerte celular. La mutación de un gen supresor de tumores causa el crecimiento celular descontrolado, formando una masa celular conocida como tumor. Algunos de los genes supresores de tumores son p53, BRCA1, y BRCA2. 

Proto-oncogenes

Los protooncogenes mutados se conocen como oncogenes. Los oncogenes tienen el potencial de causar cáncer. Las mutaciones de los oncogenes no se heredan. Dos oncogenes comunes son HER2 y ras. los HER2 El gen está involucrado en el control del crecimiento y propagación del cáncer. los ras La familia de genes está codificada para las proteínas en el crecimiento celular, la muerte celular y las vías de comunicación celular..

Genes reparadores del ADN

Los genes de reparación del ADN están codificados para las proteínas que participan en la fijación de los errores en la replicación del ADN. Las mutaciones en estos genes producen proteínas defectuosas que no pueden reparar los errores que causan los cánceres. Como ejemplo, la ADN ligasa es una enzima involucrada en la ligadura del ADN mellado. Las mutaciones en el gen de la ADN ligasa permiten la acumulación de ADN mellado en el genoma, lo que lleva a cánceres. La ADN ligasa, que está rodeada en la doble hélice del ADN, se muestra en Figura 4.

Figura 4: ADN ligasa

En los humanos, si una cantidad considerable de mutaciones somáticas (Las mutaciones en las células del cuerpo) se acumulan en un tejido particular a lo largo de la vida, puede causar cáncer. Las mutaciones somáticas también se conocen como mutaciones adquiridas. La primera mutación somática reconocida como causante de cáncer es mutada. HRAS Gen, un protooncogén. Causa cáncer en la vejiga. Alrededor del 50% de los cánceres son causados ​​por mutaciones somáticas de p53 gene. Algunos de los mutaciones de la línea germinal (mutaciones en las células germinales) como los cánceres colorrectales pasan a la descendencia. Mutaciones de la línea germinal en BRCA1 y BRCA2 Gen causa cáncer de ovario o mama hereditario.

Conclusión

Los errores pueden incorporarse en la cadena de ADN durante la replicación del ADN. Varios mecanismos están involucrados en la reparación de errores causados ​​por la replicación del ADN. Sin embargo, algunos de los errores pasan a la siguiente generación de células, lo que provoca mutaciones. Las mutaciones en los genes causantes de cáncer conducen a la inducción de la formación de cáncer..

Referencia:

1. Ore, Leslie A. "Replicación del ADN y causas de mutación". Nature News, Nature Publishing Group, disponible aquí.
2. “La genética del cáncer”. Cancer.Net, 28 de agosto de 2015, disponible aquí.

Imagen de cortesía:

1. “0322 nucleótidos de ADN” por OpenStax - (CC BY 4.0) a través de Commons Wikimedia
2. "Guanine" Por Mrbean427 - tautaumerización de guanina (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia
3. “El cáncer requiere múltiples mutaciones de NIHen” (dominio público) a través de Commons Wikimedia
4. "Reparación del ADN" Por Tom Ellenberger, Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis. - Biomedical Beat, Cool Image Gallery (dominio público) a través de Commons Wikimedia