Mutazioni letali

Individuazione ed
analisi delle
mutazioni
La mutazione è un cambiamento
ereditabile del materiale genetico
Somatica
Ereditata solo dai
discendenti di una cellula
Germinale
trasmessa attraverso
le generazioni
gamete
1 individuo mutato
staminale
Molti individui
mutati
L’utilità delle mutazioni
•per studiare il processo della mutazione in
quanto tale
•per dissezionare geneticamente i processi
biologici (isolare i geni coinvolti in un dato
processo biologico)
Differenza tra genetica e biologia molecolare
La genetica formale
studia i geni dall’esterno
consente di dedurre le
funzioni selvatiche dei
geni dall’analisi di
fenotipi mutanti
La biologia molecolare
studia i geni a livello del DNA
verifica le ipotesi fatte
con la genetica formale
sul ruolo dei geni
I tipi di mutazioni
• mutazioni morfologiche
• mutazioni letali
• mutazioni condizionali
• mutazioni biochimiche
• mutazioni con perdita di funzione
• mutazioni con acquisto di funzione
Mutazioni morfologiche
alterano le caratteristiche esteriori di un
organismo come la forma, il colore, le
dimensioni.
Mutazioni letali
mutazioni in geni essenziali che provocano la
morte degli individui
Mutazioni condizionali
Un mutante condizionale presenta il fenotipo mutante
solo in un ambiente particolare (condizione restrittiva),
mentre presenta il fenotipo selvatico in un ambiente
diverso (condizione permissiva)
Mutanti temperatura-sensibili
Mutazioni biochimiche
Alterano la capacità di un organismo di sintetizzare una
particolare molecola essenziale per la crescita
Mutanti auxotrofi
incapaci di crescere su terreno minimo
Facilmente identificabili nei microrganismi (E.coli) e lievito
mutazione nulla (con perdita di funzione) m
Mutazioni con perdita
di funzione
mutazione con parziale perdita di funzione m1
Ipomorfe o nulle
mutazione con acquisto di funzione M
Mutazioni con acquisto
di funzione
neomorfe
Mutazione e retromutazione
mutazione in avanti = cambiamento che porta un allele
verso una forma diversa da quella selvatica
reversione= cambiamento che ripristina il fenotipo
selvatico
retromutazione o soppressione
stesso gene
sequenza originaria
altro gene o siti diversi
dello stesso gene separabili
Mutazioni geniche (puntiformi)
transizioni = sostituzioni di una
purina con un’altra purina o di una
pirimidina con un’altra pirimidina
transversioni = sostituzioni di una
purina con una pirimidina e viceversa
Tipi di mutazione:
Come si originano le
mutazioni?
•Errori nella replicazione del DNA
•Cambiamenti chimici spontanei
•Elementi genetici trasponibili
Errori nelle replicazione del DNA
Ogni base può comparire con forme isomeriche diverse
chiamate tautomeri che differiscono rispetto alle posizioni
degli atomi e dei legami atomici. Queste forme possono
formare appaiamenti illeggittimi (es. A-C)
Durante la replicazione del DNA appaiamenti errati
possono creare mutazioni per sostituzione di coppie di
basi
Cambiamenti
chimici spontanei
I Trasposoni
Gli elementi trasponibili o trasposoni sono sequenze che si
spostano da un sito genomico ad un altro. Di conseguenza
possono causare mutazione nei siti in cui si inseriscono
In Drosophila alcuni trasposoni (P ed I) possono essere
mobilizzati mediante opportuni incroci genetici.
Tasso di mutazione = numero delle mutazioni che si
verificano in una certa unità di tempo
Frequenza di mutazione = frequenza con cui una specifica
mutazione compare in una popolazione di cellule o individui (la
popolazione può essere costituta da gameti o qualsiasi altro
tipo cellulare)
Dannose, ma non sempre
Fonte di variabilita’ essenziale per l’evoluzione
L’ambiente induce specifiche mutazioni o le seleziona?
Esempi: Biston betularia e resistenza agli antibiotici o ai
virus
Da Lamarck a Darwin….
La resistenza
Infezione di E. coli col fago T1 provoca la lisi della maggior
parte delle cellule. Solo le cellule che hanno acquisito
resistenza nei confronti del fago non vengono lisate.
La resistenza si acquisisce spontaneamente o è
indotta dall’esposizione al fago?
Esperimenti di Lederberg utilizzando
il sistema del replica-plating (1952)
Tecnica del replica plating
Batteri piastrati su terreno solido
minimo addizionato di arginina formano
colonie. Si fa una replica su
terreno minimo (non contenente arginina)
e si paragonano le colonie con la piastra
madre
Le colonie assenti sulla replica
ma presenti sulla piastra madre saranno i
mutanti arg-
I mutanti erano presenti già prima della esposizione al fago ?
(Lederberg 1952)
Le colonie mutanti erani già presenti sulla piastra madre
Se le mutazioni si fossero verificate
dopo l’esposizione al fago ogni replica
sarebbe stata diversa quanto a
distribuzione delle colonie resistenti
Le mutazioni sono rare pertanto occorre una
strategia per metterle in evidenza
usare sistemi selettivi (tecniche realizzate per
facilitare l’isolamento di tipi mutanti desiderati dal
resto degli individui)
elevare il tasso di mutazione con l’uso di mutageni
Il cromosoma ClB di Drosophila
HJ Muller nel 1928 costruì un particolare
tipo di cromosoma X che consentiva di
mettere in evidenza mutazioni letali
recessive spontanee ad esso legate.
Il cromosoma ClB contiene un’inversione
che sopprime il crossing over (C), una
mutazione letale recessiva (l) e il
marcatore fenotipico dominante Bar (B).
letale
Inversione C
Bar
Il comportamento
dei letali X-linked
Come
funziona
il ClB
Il cromosoma ClB è un
cromosoma bilanciatore!
Muller trovò una frequenza di mutazione
spontanea di 1,5 per 1000 cromosomi. Per
aumentare questa frequenza irradiò con i
raggi X (1000 roentgen) i maschi e trovò una
frequenza dell’ 1,7%
Relazione lineare tra la dose dei raggi X somministrata in
Drosophila e la % di mutazioni letali recessive associate al
sesso
% di mutazioni
Non esiste una dose di
radiazioni che non produce
mutazioni!
dose di radiazioni
I MUTAGENI
Mutageni fisici
 radiazioni ionizzanti (raggi cosmici. raggiX, raggi γ)
 radiazioni ultraviolette
Mutageni chimici
 analoghi delle basi (5-Bromouracile)
 agenti che modificano le basi: agenti deaminanti (acido
nitroso); agenti idrossilanti (idrossilammina); agenti
alchilanti (EMS, MMS).
 agenti intercalanti (acridina orange, proflavina,
bromuro di etidio)
Incorporazione di analoghi delle basi
Il 5-Bromouracile è un analogo della Timina con un atomo
di Bromo al posto di un CH3. Passa frequentemente alla
forma enolica e si appaia con la Guanina
La 2-amminopurina è un analogo della Adenina. Si
appaia con la Timina . Se è protonata si appaia con
la Citosina
Gli agenti alchilanti (Etilmenansulfonato,
Metilmentansulfonato e Nitrosoguanidina) modificano le basi
aggiungendo gruppi alchilici
Agenti intercalanti
provocano l’inserzione o la delezione di una base
Nelle cellule ci sono sistemi
enzimatici che riparano i danni subiti
dal DNA
Alcune malattie sono attribuite a
difetti di riparazione del DNA
Riparazione diretta
Riparazione dei dimeri di Timina
causata da raggi UV
L’enzima fotoliasi in presenza di luce ripara il danno
Riparazione diretta
Le alchiltransferasi rimuovono i gruppi alchilici
addizionati dai mutageni
Riparazione per escissione
1. rottura di un legame
fosforico (endonucleasi)
2. escissione di un tratto
di DNA
3. sintesi riparativa
(DNA polimerasi)
4. saldatura delle
estremita ad opera di
una ligasi
Riparazione ricombinativa