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EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES

MECANISMOS DE REPARO

REPARO POR EXCISÃO DE BASE

Mecanismos de reparo:

As células de mamíferos desenvolveram mecanismos especializados para identificar, reagir e reparar alterações quebras simples ou duplas nas fitas da molécula de DNA. Esses mecanismos visam eliminar as lesões induzidas pela radiação, e reconstituir a estrutura original do DNA. Cada tipo de lesão está relacionada um mecanismo próprio de reparo, tais como:

Quebras simples:

Reparo por excisão de base;

Reparo por excisão de nucleotídeo;

Quebras duplas:

Reparo por recombinação homóloga;

Reparo por junção de extremidades não-homólogas;

REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEO

Este mecanismo é empregado para remover alterações de bases, ouquebras simples.

Etapas:

1) Base danificada;

2) Corte da ligação entre a baselesionada e o açúcar por umaglicosilase;

3)Remoção do açúcar residualpor uma enzimaendonuclease (APE1);

4) Uma polimerase substitui onucleotídeo correto à fita;

5) Ligação do novo nucleotídeopor uma enzima ligase.

Etapas:

(1) Lesão em uma fita do DNA (dímero);

(2) Corte de dois pontos deligação do açúcar à fita poruma endonuclease;

(3) Excisão do segmento contendo a lesão;

(4) Síntese de um novo segmento por uma polimerase;

(5) Ligação do segmento à fita por uma enzima ligase.

Este mecanismo é empregado para remover alterações volumosas,como os dímeros no DNA.

REPARO DE QUEBRAS/ALTERAÇÕES SIMPLES

REPARO DE QUEBRAS DUPLAS

REPARO POR RECOMBINAÇÃO HOMÓLOGA

Etapas da HRR:

(a) Molécula com quebra dupla na fita e cópia intacta;

(b)Excisão, por uma exonuclease, de um trecho do DNA na ponta de uma das fitas, de forma a criar dois segmentos de fitas simples;

(c) A fita simples é imediatamente revestida com uma proteína RPA, e serve como sítio de ligação para a proteína RAD51.

(d) A RAD51 direciona a invasão das fitas simples à molécula intacta, buscando o segmento homólogo correspondente nesta; A fita intacta é aberta por uma enzima helicase;

(e) Uma polimerase faz a síntese necessária das fitas simples, tomando como molde o segmento complementar na molécula intacta;

(f) Formação das “junções de Holliday” (pontos com quatrofitas de DNA);

(g) Resolução das junções de Holliday;

REPARO POR JUNÇÃO DE EXTREMIDADES NÃO-HOMÓLOGAS

Etapas da NHEJ:

(a) Molécula com quebra dupla na fita;

(b) Reconhecimento das extremidades pelo complexo de heterodímeros Ku70-Ku80. Estas proteínas ligam-se às extremidades da quebra dupla (protege as extremidades de sofrerem degradação;

(c) Este complexo recruta a proteína DNA-PKcs, que estabelece uma ponte entre as extremidades, mantendo-as próximas uma da outra;

(d) A DNA-PKcs forma um complexo com a proteína Artemis (sendo esta também recrutada para o local da quebra). A proteína Artemis atua como uma endonuclease, e sua função é processar e preparar as extremidades para que estas possam ser ligadas;

(e) uma enzima ligase faz a ligação entre as extremidades.

INTRODUÇÃO

DANOS AOS CROMOSSOMOS

OS CROMOSSOMOS E O CICLO CELULAR

Células somáticas em humanos:

Contém 46 moléculas de DNA, localizadas no núcleo celular.

Cromossomos:

O DNA encontra-se extremamente compactado no núcleo, em diferentes níveis de organização, formando um cromossomo.

O ciclo celular

Função: Duplicar, de forma exata, a imensa quantidade de DNA nos cromossomos, e então segregar com precisão as cópias em duas células-filhas geneticamente idênticas.

Etapas: Esses processos definem as duas principais fases do ciclo celular:

Síntese (S): Ocorre a duplicação dos cromossomos;

Mitose (M): Segregação dos cromossomos e divisão celular.

Obs.: Fases de intervalo:

G1: Intervalo entre M e S;

G2: Intervalo entre S e M

ABERRAÇÕES INDUZIDAS POR RADIAÇÃO

Quebras duplas não reparadas dão origem a uma alteração (aberração) nos cromossomos.

Tipos de aberração:

Aberrações cromossômicas: Ocorrem quando a célula é irradiada antes da fase S (i.e., antes de o cromossomo ser duplicado). Neste caso, se a lesão não for reparada, as duas cromátides conterão alterações após a replicação do DNA.

Aberrações cromatídicas: Ocorrem quando a célula é irradiada após a fase S (i.e., na fase G2). Neste caso, apenas uma cromátide é alterada.

Aberrações letais induzidas por radiação

Aberração do tipo dicêntrica

Envolve uma troca entre dois cromossomos separados (recombinação intercromossômica).

Se uma quebra dupla é produzida em cada cromossomo no início da intérfase (fase G1), os terminais livres podem se unir.

Durante a fase S, esta configuração é duplicada, e o resultado é um cromossomo fortemente distorcido, apresentando dois centrômeros (portanto, dicêntrica).

Dois cromossomos acêntricos (i.e., sem centrômero) também estarão presentes, embora estes serão perdidos durante a mitose,

Aberração do tipo anel

Uma quebra dupla é produzida em cada braço de uma cromátide durante a fase G1.

Os terminais podem se unir formando um anel e um segmento acêntrico (recombinação intracromossômica).

Na fase S, o cromossomo alterado é replicado.

Ponte em anáfase

Ocorre quando a célula é irradiada após a replicação do DNA (faseG2).

Uma quebra ocorre em cada braço das cromátides-irmãs de um cromossomo, e elas se unem.

Na fase M, durante a anáfase, as cromátides não conseguem se separar. A separação das células não é possível, de forma que esta alteração é letal para a célula.

Aberrações não-letais induzidas por radiação

Translocação simétrica

Envolve a quebra em dois cromossomos diferentes, na fase pré-replicação (G1), com a troca dos dois terminais quebrados entre eles.

Deleção intersticial

Resulta de duas quebras no mesmo braço de um cromossomo, levando à perda da informação genética entre as duas quebras.

CuURVA DOSE-RESPOSTA

Quantidade média de aberrações por célula em função da dose

Para radiação de baixa LET, a relação entre o número E de aberrações em cromossomos, por célula em metáfase analisada, em função da dose D é do tipo linear-quadrática: E=αD+βD^2

Quantidade Linear: envolvem uma quebra dupla ou duas quebras duplas pela mesma partícula (singlehit).

Quadrático: envolvem duas quebras duplas por partículas diferentes (double hit).

Análise da relação linear-quadrática: A formação de uma aberração do tipo dicêntrico ou anel requer duas quebras de cromossomo. Assim, a componente linear da equação diz respeito à ocorrência de uma aberração (produção de duas quebras) pela mesma partícula carregada incidente. Para baixas doses, este é o termo predominante, já que é mais provável que a mesma partícula carregada tenha desencadeado as duas quebras. Para altas doses, é mais provável que cada quebra tenha sido produzida por partículas carregadas diferentes. Assim, o número de aberrações torna-se proporcional ao quadrado da dose.