Replicação do DNA, fidelidade e reparo: do MMR da síndrome de Lynch ao NER do xeroderma pigmentosum

1. Na fase G1, o complexo de reconhecimento de origem (ORC) e o Cdc6 carregam duas cópias de Mcm2-7, a helicase replicativa, sobre o DNA, em orientação cabeça com cabeça.
2. Esse carregamento completa o complexo pré-replicativo (pre-RC) e "licencia" a origem para uma possível ativação na fase S seguinte.
3. Na fase S, quinases dependentes de ciclina (CDK) e de Dbf4 (DDK) recrutam Cdc45 e GINS e formam a helicase ativa CMG, que inicia o desenrolamento do DNA, ajuda a formar o replissomo e inicia a síntese.
4. As origens definem réplicons, copiados pelo movimento bidirecional da forquilha, que se afasta da origem nos dois sentidos.
5. Na fita descontínua (lagging), a síntese é em fragmentos curtos, os fragmentos de Okazaki, iniciados por RNA sintetizado pela DNA polimerase alfa.

1. A polimerase replicativa seleciona o nucleotídeo: o bolso do sítio ativo só acomoda um par de bases correto, com geometria de Watson-Crick.
2. Se um nucleotídeo errado é ligado, a catálise fica mais lenta e a extremidade do iniciador é dirigida ao sítio da exonuclease.
3. O domínio de exonuclease 3'->5' da própria polimerase remove o nucleotídeo incorporado errado (revisão, ou proofreading).
4. Os erros que escapam à revisão são corrigidos pela segunda linha de defesa, o reparo de pareamento errado (MMR): o heterodímero MSH2-MSH6 detecta desencontros de uma base e distorções de inserção-deleção pequenas, e o MSH2-MSH3 reconhece laços maiores.
5. O MLH1-PMS2 reconhece o complexo MutS-alfa ligado ao desencontro; a fita cortada serve de entrada para a exonuclease EXO1, que degrada a fita com o erro, e a Pol delta ressintetiza o trecho.

O MMR corrige pareamentos errados de bases e pequenos laços de inserção-deleção gerados sobretudo durante a replicação, e em humanos atua por heterodímeros das famílias MSH (homólogas da MutS) e MLH/PMS (homólogas da MutL).

Quando o MMR é deficiente, esses erros não são corrigidos: a taxa de mutação da célula sobe e mudam os comprimentos das sequências dentro dos microssatélites. A variação no comprimento das repetições de microssatélites é a instabilidade de microssatélites (MSI), um tipo de instabilidade genômica característica de tumores.

A luz ultravioleta produz fotoprodutos no DNA, os dímeros de pirimidina ciclobutano (CPD) e os fotoprodutos 6-4, que a via de reparo por excisão de nucleotídeos (NER) remove. No reparo global do genoma (GGR) proteínas como XPE (DDB2) e XPC reconhecem a lesão; no reparo acoplado à transcrição (TCR) a lesão bloqueia a RNA polimerase II. As duas vias convergem: as helicases XPB e XPD desenrolam a região, as endonucleases XPF e XPG fazem as incisões e removem um fragmento de cerca de 30 nucleotídeos, e a lacuna é preenchida por síntese de novo.

O fotoproduto não reparado é lesão pré-mutagênica: a polimerase que o encontra na replicação pode parar e levar a célula à morte, ou contorná-lo incorporando o nucleotídeo errado (por exemplo, T no lugar de C num fotoproduto TC), o que dá a mutação C para T característica da mutagênese por UV. Como a via é coordenada, se uma proteína falha a via inteira deixa de funcionar bem.

A síndrome de Lynch é a síndrome de câncer de herança dominante causada por variante patogênica germinativa em gene do MMR, e o gene mais citado é o MLH1. Nos tumores, a hipermetilação do promotor do MLH1 também se associa a MSI. A diretriz europeia manda testar todo câncer colorretal por imuno-histoquímica das proteínas MMR ou por MSI, seguido, quando indicado, do teste de hipermetilação do MLH1.

No xeroderma pigmentosum (XP), doença autossômica recessiva de reparo do DNA, as células têm defeitos em 7 proteínas da NER e na polimerase eta, e os cânceres trazem mutações "assinatura UV" (C para T, CC para TT). O quadro é sensibilidade ao sol e câncer de pele e de mucosas induzidos por UV, com aumento de quase 10.000 vezes do câncer de pele antes dos 20 anos, e cerca de 25 % dos pacientes têm degeneração neurológica progressiva.

No xeroderma pigmentosum variante a NER é normal e o defeito está na DNA polimerase eta, que normalmente permite replicar o DNA além de fotoprodutos não reparados.

Pacientes com xeroderma pigmentosum que nunca queimaram com pouca exposição solar desenvolveram câncer de pele em idade significativamente mais precoce do que os que sempre ou às vezes queimaram.