Son importantes porque con sólo una DSB (abreviación de roturas de doble hélice en inglés) se puede inducir con eficiencia la muerte celular (en organismos superiores) y porque una mala reparación de estas lesiones puede causar mutaciones, deleciones, o translocaciones. Estas últimas pueden generar cromosomas acéntricos o dicéntricos, también muy peligrosos para la célula.
Sistemas de reparación: Aunque la molécula de ADN es bastante inerte a la degradación espontánea o inducida por el entorno, su enorme tamaño hace inevitable que ocurran lesiones. Así, se estima que una célula metabólicamente activa de mamífero padece unas 10000 alteraciones diarias en su genoma. Para corregir las alteraciones la célula ha desarrollado sistemas que los detectan, señalizan y finalmente reparan la lesión. Estos sistemas suelen ser específicos de un tipo de lesión concreta. En este artículo el autor se centra en los sistemas que reparan los daños del tipo rotura de doble hélice.
Enfermedades y terapias: defectos en los sistemas de detección, señalización y/o reparación provocan:
- inviabilidad de la célula o el organismo
envejecimiento acelerado
aumentan las tasas de cáncer
El conocimiento detallado de estos sistemas podría abrir nuevas puertas en el tratamiento del cáncer y otras enfermedades humanas.
Reparación de las DBS por recombinación homóloga: esta es la ruta principal de reparación de DSB en organismos unicelulares. La RH (recombinación homóloga) implica la acción de los genes RAD50, MRE11 y XRS2 en S. cerevisiae, los productos de estos genes forman un complejo que produce un corte que extrae un segmento en los extremos 5’ de la zona donde está el DSB. A los extremos 3’ que resultas de ello se une la proteína Rad51, previa unión de Rad52 y 54. Rad 51 produce la invasión de cadena.
Finalmente el intermediario de Holliday se resuelve y sella (ligasa I). Es este un sistema preciso y fidedigno. Sólo se producen pérdidas de material genético cuando la zona lesionada está flanqueada por repeticiones directas. En humanos el homólogo de XRS2 es NBS1. Las alteraciones de éste y de Rad51 se asocian con el síndrome A-T y el síndrome de ruptura de Nijmegen. En humanos los genes de susceptibilidad al cáncer de mama, BRCA1 y BRCA2, parecen jugar una función de regulación de la RH.
Reparación de las DBS por unión no homóloga de extremos: mecanismo que los eucariotas superiores usan preferentemente. Básicamente consiste en que la ligasa IV repara la rotura en colaboración con una serie de proteínas: forma complejo junto con XRCC4 que se une al extremo de ADN lesionado cuando previamente se ha unido la proteína Ku, que aparte de a este complejo se une a la proteína kinasa dependiente de ADN (DNA-PKcs) y la activa en su función de fosforilación. Parece ser que mediante la fosforilación del complejo de la ligasa esta enzima regula el proceso activando temporalmente la acción de la ligasa, aunque también podría hacerlo interfiriendo en la estructura de la cromatina y/o interfiriendo con procesos competidores como la transcripción. Este mecanismo es bastante más propenso a cometer errores pero no necesita que haya una secencia hermana inalterada ni requiere recombinación, a diferencia del sistema anterior.
El proceso descrito de unión directa de los extremos de la rotura parece no ser el más frecuente sino que parece existir un procesamiento previo mediante actividad nucleasa, de lo cual se encarga en S. cerevisiae el complejo Rad50-Mre11-Xrs2 y en mamíferos, la proteína Artemis.
Señalización de las DSBs: la señalización consiste en parar el ciclo celular para que actúe la reparación en el sitio de la lesión. Molecularmente se conoce sólo que sucede una cascada de fosforilaciones que detienen la replicación, el ciclo celular y también la transcripción. En S. cerevisiae las enzimas halladas que intervienen son Mec1 y Tel1, cuyos homólogos en mamíferos son respectivamente ATR (proteína ataxiatelangiectasia) y ATM (proteína ataxia-telangiectasia mutada), todas ellas con actividad kinasa. La deficiencia de esta última conduce al síndrome homónimo. Parece ser que se unen al ADN en la lesión (o a una proteína previamente unida al ADN) y producen la señalización mediante la cascada de fosforilaciones.
Los resultados parecen indicar también que ante una lesión la ATM fosforila al supresor p53 y al gen BRCA (que vimos estaba implicado en la reparación por HR) lo cual refuerza la idea de que están en enzimas son las que disparan el estado de protección y reparación. Recientemente se han identificado otros genes implicados en la cascada de señalización, como es el LCD1 en levadura, cuyo producto se une a Mec1 y actúa sobre ella de manera aun no bien conocida, haciéndola reconocer la lesión, regulando su actividad quinasa o ayudandola a unirse a la lesión, no está aún claro.
