Por que HR solo funciona en S y G2?

HR requiere una secuencia homologa como molde. La cromatida hermana, disponible tras replication en S y G2, es el molde ideal porque tiene la secuencia identica. En G1, no hay cromatida hermana, y usar secuencias homologas en otros cromosomas podria causar reordenamientos geneticos.

Que son los genes BRCA y por que son importantes?

BRCA1 y BRCA2 son genes supresores de tumores esenciales para HR. BRCA2 carga Rad51 sobre ADN; BRCA1 coordina la respuesta. Mutaciones hereditarias causan sindromes de predisposicion al cancer de mama y ovario. Las portadoras tienen hasta 70% de riesgo de cancer de mama.

Como funcionan los inhibidores de PARP?

PARP repara lesiones de ADN de hebra simple. Al inhibir PARP, estas lesiones progresan a roturas dobles durante replicacion. En celulas normales, HR repara estas roturas. En celulas deficientes en HR (como tumores BRCA-mutados), las roturas no se reparan causando muerte selectiva (synthetic lethality).

HR puede causar errores?

HR usando la cromatida hermana es tipicamente precisa. Sin embargo, si usa secuencias homologas en otros cromosomas (cromosomas homologos o secuencias repetidas), puede causar reordenamientos. HR aberrante entre secuencias repetidas contribuye a inestabilidad genomica en algunos contextos.

Recombinacion Homologa: Reparacion Precisa de Roturas dobles

Categorías: Metodología de Investigación, Longevidad

La recombinacion homologa (HR) es uno de los mecanismos mas importantes para reparar roturas dobles de cadena en el ADN, las lesiones mas peligrosas para la integridad genomica. HR utiliza la cromatida hermana como molde para restaurar la secuencia original, logrando reparacion sin errores. El proceso involucra reseccion del ADN, invasion de la hebra en la cromatida hermana, sintesis de reparacion y resolucion. Protein como BRCA1, BRCA2, Rad51 y otras son esenciales. Las mutaciones en genes de HR causan predisposicion al cancer (BRCA1/2 en cancer de mama y ovario) y sindromes de inestabilidad genomica. La inhibicion de HR es una estrategia terapeutica en oncologia.

Resumen Simplificado

La recombinacion homologa repara roturas dobles de ADN usando la cromatida hermana como molde. Es precisa y sin errores. Requiere BRCA1, BRCA2 y Rad51. Mutaciones causan predisposicion al cancer.

Iniciacion de la Recombinacion Homologa

La HR se inicia tras una rotura doble de cadena (DSB). El complejo MRN (Mre11-Rad50-Nbs1) detecta la rotura y recluta ATM. MRN inicia la reseccion 5'-3' del ADN, creando extremos 3' de hebra simple. CtIP colabora con MRN en la reseccion inicial. La reseccion es extendida por EXO1 o DNA2/BLM, generando tramos de ssDNA de varios kilobases. El ssDNA es rapidamente cubierto por RPA (replication protein A) para protegerlo. La generacion de ssDNA es el punto de decision entre HR y NHEJ: reseccion extensa compromete HR. La eleccion depende de la fase del ciclo y del contexto celular.

Formacion del Filamento Rad51

Rad51 es la proteína central de HR, formando un filamento nucleoproteico sobre el ssDNA que busca secuencias homologas. La transicion de RPA a Rad51 requiere mediatoras. BRCA2 es el mediador principal: se une a Rad51 y facilita su carga sobre ssDNA desplazando a RPA. BRCA1, en complejo con BARD1 y PALB2, colabora en la regulacion y reclutamiento. El filamento Rad51-ssDNA es el sustrato activo que realizara la busqueda de homologia. Rad51 forma un nucleofilamento helicoidal que puede extenderse. La formacion correcta del filamento es critica; defectos en BRCA2 impiden la carga eficiente de Rad51.

Busqueda de Homologia e Invasion

El filamento Rad51 busca secuencias homologas en el genoma, tipicamente en la cromatida hermana. La busqueda es facilitada por proteinas accesorias como Rad54, Rad55-Rad57, y otros. Una vez localizada la homologia, el filamento invade la doble helice donadora, desplazando una hebra y formando una estructura de invasion de hebra (D-loop). La invasion requiere la actividad de remodelacion de cromatina de Rad54. La estructura D-loop permite que el extremo 3' invade use la hebra complementaria como molde para sintesis de ADN. La invasion marca el compromiso con reparacion por HR.

Sintesis y Resolucion

Tras la invasion, el extremo 3' invade es extendido por DNA polimerasas, usando la hebra donadora como molde. Esta sintesis restaura la secuencia perdida en la rotura. La resolucion puede seguir dos caminos. En synthesis-dependent strand annealing (SDSA), la hebra extendida se desplaza y se une al otro extremo de la rotura, seguido de sintesis adicional y ligacion. Este camino no produce entrecruzamientos. En la via de double Holliday junction (dHJ), la invasion es seguida de captura del segundo extremo, formando dos entrecruzamientos de Holliday que son resueltos por resolvassas como GEN1, MUS81-EME1, o SLX1-SLX4. La resolucion puede generar productos de no-cruzamiento o cruzamiento.

Regulacion de HR

HR es regulada a multiples niveles. La eleccion entre HR y NHEJ depende de fase celular: HR predomina en S y G2 cuando las cromatidas hermanas estan disponibles; NHEJ domina en G1. 53BP1 y RIF1 antagonizan la reseccion, favoreciendo NHEJ. BRCA1 antagoniza 53BP1, promoviendo reseccion y HR. El balance entre estas proteinas determina la via usada. La ubiquitinacion y sumoilacion regulan la localizacion y funcion de proteinas de HR. Los checkpoints de dano al ADN coordinan HR con arresto del ciclo. La expresion de genes de HR varia entre tejidos. La regulacion fina es esencial para usar HR cuando es apropiado sin causar rearrreglos genómicos.

HR en Enfermedad y Terapia

Las mutaciones en genes de HR causan predisposicion al cancer. Mutaciones germinales en BRCA1 o BRCA2 aumentan dramaticamente el riesgo de cancer de mama, ovario, pancreas y prostata. Las celulas deficientes en HR son sensibles a agentes que causan DSBs, como radiacion y ciertos quimioterapicos. PARP inhibidores explotan esta vulnerabilidad: en celulas deficientes en HR, la inhibicion de PARP causa acumulacion de DSBs letales (synthetic lethality). Olaparib, rucaparib y otros PARPi son aprobados para tumores BRCA-mutados. La resistencia puede surgir por mutaciones que restauran HR. El testing de deficiencia de HR guide el uso de PARPi y otras terapias.

Hallazgos Clave

HR repara roturas dobles de cadena usando la cromatida hermana como molde
MRN inicia reseccion; BRCA2 carga Rad51 sobre ssDNA
El filamento Rad51 busca homologia e invade la cromatida hermana
HR es precisa y sin errores; solo disponible en S y G2
Mutaciones en BRCA1/2 causan predisposicion al cancer
PARP inhibidores exploit la deficiencia de HR en terapia anticancer

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Preguntas frecuentes

Por que HR solo funciona en S y G2?: HR requiere una secuencia homologa como molde. La cromatida hermana, disponible tras replication en S y G2, es el molde ideal porque tiene la secuencia identica. En G1, no hay cromatida hermana, y usar secuencias homologas en otros cromosomas podria causar reordenamientos geneticos.
Que son los genes BRCA y por que son importantes?: BRCA1 y BRCA2 son genes supresores de tumores esenciales para HR. BRCA2 carga Rad51 sobre ADN; BRCA1 coordina la respuesta. Mutaciones hereditarias causan sindromes de predisposicion al cancer de mama y ovario. Las portadoras tienen hasta 70% de riesgo de cancer de mama.
Como funcionan los inhibidores de PARP?: PARP repara lesiones de ADN de hebra simple. Al inhibir PARP, estas lesiones progresan a roturas dobles durante replicacion. En celulas normales, HR repara estas roturas. En celulas deficientes en HR (como tumores BRCA-mutados), las roturas no se reparan causando muerte selectiva (synthetic lethality).
HR puede causar errores?: HR usando la cromatida hermana es tipicamente precisa. Sin embargo, si usa secuencias homologas en otros cromosomas (cromosomas homologos o secuencias repetidas), puede causar reordenamientos. HR aberrante entre secuencias repetidas contribuye a inestabilidad genomica en algunos contextos.

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