Reparo de Erros de Emparelhamento e Fidelidade da Replicação

Mesmo uma DNA polimerase altamente precisa ocasionalmente insere o nucleotídeo errado ou desliza em sequências repetitivas. O reparo de erros de emparelhamento é o sistema que corrige esses erros pós-replicativos, reconhecendo os emparelhamentos base-base incorretos e pequenas alças de inserção ou deleção, e excisando e ressintetizando a fita recém-formada e contendo o erro. É um dos principais contribuintes para a fidelidade geral com que o genoma é copiado.

Definition

O reparo de erros de emparelhamento do DNA é a via pós-replicativa que reconhece os emparelhamentos base-base incorretos e as alças de inserção/deleção deixadas após a síntese do DNA, excisa o segmento da fita recém-sintetizada que contém o erro e o ressintetiza, corrigindo assim os erros de replicação e aumentando a fidelidade da replicação.

Scope

Esta entrada aborda como o reparo de erros de emparelhamento reconhece os erros de replicação, como identifica e remove a fita nascente, e como eleva a fidelidade geral da replicação além do que a seletividade da polimerase e a revisão (proofreading) alcançam. Também observa a ligação entre a falha do reparo de erros de emparelhamento e um fenótipo mutador, como pano de fundo mecanicista.

Core questions

• Que erros o reparo de erros de emparelhamento corrige que a revisão (proofreading) não detecta?
• Como o sistema reconhece um erro de emparelhamento e decide qual fita excisar?
• Quanto o reparo de erros de emparelhamento adiciona à fidelidade geral da replicação?
• O que acontece com as taxas de mutação quando o reparo de erros de emparelhamento falha?

Key concepts

• Fidelidade da replicação
• Emparelhamento base-base incorreto
• Alças de inserção/deleção
• Discriminação de fita
• Homólogos de MutS e MutL
• Excisão e ressintese
• Fenótipo mutador
• Instabilidade de microssatélites

Mechanisms

A fidelidade da replicação é alcançada em camadas: seletividade de nucleotídeos pela polimerase, revisão (proofreading) por sua exonuclease e, finalmente, reparo de erros de emparelhamento, que corrige erros que escapam dos dois primeiros passos. O reconhecimento começa quando um homólogo de MutS se liga a um emparelhamento incorreto ou a uma alça de inserção/deleção; um homólogo de MutL é então recrutado, a fita recém-sintetizada é identificada como aquela a ser corrigida, e o segmento contendo o erro é excisado e ressintetizado. Kunkel e Erie descrevem como este sistema em etapas diminui substancialmente a taxa de erro de replicação, e Jiricny enfatiza que a mesma maquinaria participa de funções adicionais além da simples correção de erros. A discriminação de fita, que garante que a fita nova, e não a fita molde, seja reparada, é um requisito definidor da via, uma vez que corrigir a fita errada fixaria o erro como uma mutação.

Clinical relevance

A perda do reparo de erros de emparelhamento produz um fenótipo mutador e instabilidade de microssatélites, e defeitos hereditários no reparo de erros de emparelhamento estão associados à síndrome de Lynch e a um risco aumentado de certos cânceres; esta entrada apresenta essas associações como pano de fundo mecanicista e não é uma base para diagnóstico ou manejo de qualquer indivíduo.

History

A bioquímica do reparo de erros de emparelhamento foi primeiramente elucidada em bactérias, onde a metilação da fita molde fornece o sinal para a discriminação de fita, e depois estendida a eucariotos através dos homólogos de MutS e MutL. A descoberta na década de 1990 de que os genes de reparo de erros de emparelhamento estão mutados no câncer colorretal não poliposo hereditário ligou a via à predisposição ao câncer humano e estimulou um estudo mecanicista detalhado, reconhecido em parte pelo Prêmio Nobel de Química de 2015 concedido a Paul Modrich por este trabalho.

Key figures

• Paul Modrich
• Thomas Kunkel
• Josef Jiricny
• Dorothy Erie

Seminal works

• kunkel-erie-2005
• jiricny-2006

Frequently asked questions

Como o reparo de erros de emparelhamento difere da revisão (proofreading)?

A revisão (proofreading) é realizada pela própria exonuclease da polimerase durante a síntese, removendo imediatamente um nucleotídeo inserido incorretamente, enquanto o reparo de erros de emparelhamento atua posteriormente sobre erros que escaparam da revisão, reconhecendo o erro de emparelhamento e excisando parte da nova fita.

Por que o sistema precisa saber qual fita é a nova?

O erro de emparelhamento envolve uma base correta (molde) e uma base incorreta (recém-inserida); reparar a fita molde converteria o erro em uma mutação permanente, então a discriminação de fita direciona a excisão para a fita recém-sintetizada.