Os mecanismos de reparo de DNA corrigem danos ao material genético causados por agentes ambientais, erros de replicação e processos metabólicos normais. Sem esses sistemas, a taxa de mutação seria milhares de vezes maior, e a instabilidade genômica levaria ao câncer e outras doenças.

Tipos de Dano ao DNA

O dano ao DNA surge de múltiplas fontes. O dano endógeno inclui despurinação, onde a ligação glicosídica entre a base e a desoxirribose é hidrolisada, ocorrendo milhares de vezes por célula por dia. A desaminação converte citosina em uracila, e o dano oxidativo de espécies reativas de oxigênio produz 8-oxoguanina e outras bases modificadas. O dano exógeno inclui luz ultravioleta causando dímeros de ciclobutano pirimidina, radiação ionizante causando quebras de fita simples e dupla, e agentes químicos como agentes alquilantes e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos.

Reparo por Excisão de Base

O reparo por excisão de base corrige lesões pequenas que não distorcem a hélice, como bases oxidadas ou alquiladas. DNA glicosilases reconhecem e removem a base danificada clivando a ligação glicosídica, criando um sítio abásico. A AP endonuclease então corta o esqueleto no sítio apurínico ou apirimidínico. A DNA polimerase beta preenche a lacuna de nucleotídeo único, e a DNA ligase sela o entalhe. O processo é iniciado por glicosilases específicas para o dano, fornecendo especificidade para diferentes tipos de dano à base. OGG1 reconhece 8-oxoguanina, e UNG reconhece uracila no DNA.

Reparo por Excisão de Nucleotídeo

O reparo por excisão de nucleotídeo remove lesões volumosas que distorcem a hélice, como dímeros de pirimidina e adutos químicos. Em humanos, a proteína XPC detecta a distorção, e TFIIH desenrola o DNA ao redor da lesão. XPG e XPF-ERCC1 fazem incisões nos lados 3-prima e 5-prima da lesão, removendo um oligonucleotídeo de 24 a 32 nucleotídeos. A DNA polimerase delta ou épsilon preenche a lacuna, e a DNA ligase sela o entalhe. Defeitos em proteínas de NER causam xeroderma pigmentoso, um distúrbio genético caracterizado por extrema sensibilidade à luz solar e risco mil vezes maior de câncer de pele.

Reparo de Mau Emparelhamento

O reparo de mau emparelhamento corrige erros da replicação do DNA que escapam da revisão, incluindo bases mal incorporadas e alças de inserção-deleção de deslizamento da polimerase. Em E. coli, MutS reconhece o mau emparelhamento, MutL recruta a maquinaria de reparo, e MutH corta a fita recém-sintetizada em sítios GATC hemi-metilados. O sistema eucariótico é mais complexo, com múltiplos homólogos de MutS e MutL. MSH2-MSH6 reconhece mau emparelhamento de bases e alças pequenas, enquanto MSH2-MSH3 reconhece alças maiores. Defeitos no reparo de mau emparelhamento causam instabilidade de microssatélites e são responsáveis pela síndrome de Lynch, também conhecida como câncer colorretal hereditário não poliposo.

Reparo de Quebras de Fita Dupla

As quebras de fita dupla são o tipo mais perigoso de dano ao DNA, capazes de causar rearranjos cromossômicos e morte celular. Duas vias principais reparam DSBs. A união de extremidades não homólogas liga diretamente as extremidades quebradas sem exigir homologia de sequência. Essas vias de reparo são exploradas pelo CRISPR-Cas9 para edição genômica. O heterodímero Ku70-Ku80 liga-se às extremidades quebradas e recruta DNA-PKcs, que aproxima as extremidades. Artemis processa extremidades danificadas, e a DNA ligase IV sela a quebra. A NHEJ é propensa a erros e pode introduzir pequenas deleções ou inserções. Opera durante todo o ciclo celular e é a via dominante de reparo de DSB em células de mamíferos.

A recombinação homóloga usa a cromátide irmã como molde para reparo preciso. O complexo MRN detecta DSBs e inicia a ressecção das extremidades 5-prima, gerando caudas de fita simples 3-prima. RPA reveste o DNA de fita simples, e BRCA2 carrega RAD51 na cauda, formando um filamento nucleoproteico que invade o DNA homólogo duplex. A síntese de DNA estende a fita invasora, e o DNA reparado é resolvido pela clivagem de junções de Holliday. A RH é restrita às fases S e G2, quando as cromátides irmãs estão disponíveis. Defeitos em genes de RH, incluindo BRCA1 e BRCA2, predispõem ao câncer de mama e ovário.

Pontos de Verificação de Dano ao DNA

Os pontos de verificação do ciclo celular coordenam o reparo do DNA com a progressão do ciclo celular. As cinases ATM e ATR são reguladoras mestras da resposta ao dano do DNA. ATM é ativada principalmente por quebras de fita dupla, enquanto ATR responde ao estresse replicativo e DNA de fita simples. Essas cinases fosforilam CHK1 e CHK2, que por sua vez fosforilam as fosfatases CDC25 e p53, levando à parada do ciclo celular. A ativação de p53 induz a expressão de p21, que inibe cinases dependentes de ciclina e paralisa o ciclo celular, permitindo tempo para reparo ou desencadeando apoptose se o dano for extenso.