MUTAZIONI SPONTANEE MUTAZIONI INDOTTE Frequenza di

De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
MUTAZIONI SPONTANEE
MUTAZIONI INDOTTE
Frequenza di mutazione: numero di volte in cui una mutazione si verifica in una
popolazione
Tasso di mutazione: probabilità che una mutazione si verifichi nel tempo.
Nell’uomo il tasso di mutazione spontanea per un singolo gene è 10-4 – 10-5 / gene /
generazione
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Cause delle mutazioni spontanee
1. errori nella replicazione
2. tautomeria: modificazioni spontanee ed occasionali
delle basi del DNA
3. errori del crossing over durante la meiosi
4. radiazioni
5. destabilizzazione indotta dagli elementi trasponibili
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Errori nella replicazione
DNA polimerasi III (5’
3’) compie errori con
frequenza di 1/105 basi.
Sistema di correzione di bozze (3’
5’) riduce gli
errori 1/107
Genoma umano
Ad ogni ciclo replicativo
3,2 x 109 basi
320 mutazioni
ogni secondo si replicano 109 cellule
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
La tautomeria è una particolare condizione
per la quale una molecola si presenta sotto due
diverse forme pur avendo lo stesso numero di
atomi. Le basi possono passare dallo stato
chetonico normale a quello enolico raro;
dalla forma iminica normale a quella
aminica rara
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Meccanismi spontanei di
insorgenza di mutazioni
conseguenti a daneggiamenti
del DNA
Depurinazione:
Depurinazione viene persa una
guanina o una adenina. Si rompe il
legame glicosidico. Se la mutazione
non viene riparata, durante la
replicazione nell’elica di nuova
sintesi potrà essere incorporato
qualunque nucleotide
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Meccanismi spontanei di
insorgenza di mutazioni
conseguenti a daneggiamenti
del DNA
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
La presenza di 5-metil-citosina nel genoma identifica i punti caldi di
mutazione, cioè i punti in cui il tasso di mutazione è superiore alla norma.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
5-bromo-uracile (5BU): è una
analogo di base. Chimicamente simile
alla timina.
Nello stato normale si comporta come la
timina, mentre nello stato raro come la
citosina.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Nella molecola di DNA la sua presenza può portare alla sostituzione della
coppia TA in CG.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Agenti alchilanti: introducono mutazioni in seguito a metilazione.
Una guanina metilata si comporta come una adenina.
Una timina metilata si comporta come una citosina
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Agenti intercalanti: molecole capaci di inserirsi tra le basi.
Chimicamente simili alle purine
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
In seguito all’inserimento di
un agente intercalante in
una molecola di DNA, al
momento della duplicazione
può produrre inserzioni o
delezioni, sulla base del fatto
che questo si inserisca sul
filamento stampo o sul
filamento di nuova sintesi
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Lo spettro elettromagnetico
Raggi
cosmici
Raggi
gamma
10-5nm
10-3nm
Raggi X
radiazione ionizzante
piu’ alto
1nm
UV
750nm
rosso
blu
verde
giallo
380nm
LUCE VISIBILE
Infrarossi
3
lunghezza d’onda 10 nm
Microonde
106 nm
Onde radio
109nm
Livello energetico
piu’ basso
103m
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Radiazioni ionizzanti e conseguenze
Le radiazioni ionizzanti penetrano nei tessuti in
notevole profondità. Nel loro percorso collidono con gli
atomi che incontrano e determinano il rilascio di
elettroni e la formazione di ioni carichi positivamente.
Questi collidono con altre molecole e quindi si liberano
ulteriori elettroni e così via. Si forma quindi un cono
di ioni lungo il percorso di ogni raggio ad alta energia
attraverso i tessuti viventi.
Le radiazioni ionizzanti possono provocare rotture
cromosomiche e quindi sia riarrangiamenti
cromosomici che mutazioni puntiformi.
by GP&NA
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Carico da radiazione naturale nell’uomo
sorgente di radiazione
dose in mSv(millisievert )/anno
radiazioni naturali
0,82
radiazione cosmica
0,28
radioisotopi nel corpo
0,28
altre radiazioni
0,26
radiazioni dovute alla civilizzazione
0,35
esami radioscopici
0,20
radiofarmaci
0,02-,04
irradiazione da raggi X dovuti a
0,04-,05
televisione, radiazione da edifici
0,04-,05
inquadramento da test armi nucleari
0,04-,05
centrali nucleari
0,01
aereo
0,004-,008
TOTALE
ca. 1,17
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
causa o pratica medica
dose equivalente
radiografia convenzionale
1 mSv
tomografia computerizzata
3 ~ 4 mSv
PET, tomografia ad emissione di positroni
10 ~ 20 mSv
scintigrafia
10 ~ 20 mSv
radioterapia
10 ~ 40 mSv
dose equivalente effetti biologici
1 Sv
alterazioni temporanee dell'emoglobina
2 ~ 5 Sv
nausea, perdita dei capelli, emorragie
4 Sv
morte nel 50% dei casi
6 Sv
soppravvivenza improbabile
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
I tetrameri di HbS sono instabili nella forma deossigenata e quando la saturazione scende
al di sotto dell’85% polimerizzano formando strutture paracristalline bastoncellari, I
tattoidi. Queste strutture sono insolubili, precipitano all’interno del globulo rosso e ne
causano una distorsione morfologica. I globuli rossi falciformi hanno un tempo di
sopravvivenza ridotto e ciò causa l’anemia. Inoltre, a causa della rigidità della loro
struttura non sono in grado di attraversare appropriatamente I vasi sanguigni
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Fibrosi
Biologia ecistica
Genetica, II Ed. – Capitolo 11
11_14.jpg
emofilia
Xeroderma Pigmentoso
poliposi adenomatosa familiare
Anemia Falciforme
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Esiste una correlazione tra numero di ripetizioni, gravità della malattia ed età
d’insorgenza.
Anticipazione: nel passaggio da una generazione all’altra si abbassa l’età d’insorgenza
e/o si aumenta la gravità della malattia. I genitori con la malattia in forma lieve hanno
figli che iniziano precocemente a mostrare I segni clinici della malattia, con sintomi più
gravi.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
X fragile
(309550)
Frequenza: 1/4000 maschi.
Ereditarietà: Legata al cromosoma X. Malattia causata da
mutazione dinamica.
Genetica: Nel 1991 è stato identificato il gene responsabile. La
mutazione è caratterizzata dall’amplificazione di un tratto di
DNA costituito da una specifica sequenza ripetuta (CGG). Nei
soggetti normali è presente un numero di ripetizioni variabili
da 6 a 55. Esistono due differenti tipi di mutazione: la
premutazione (56-200) e la mutazione completa (>200). La
probabilità di espansione aumenta con le dimensioni della
premutazione e quindi con il passare delle generazioni
(Paradosso di Sherman).
Diagnosi: La diagnosi molecolare (Southern blot) permette di
individuare anche gli individui con la premutazione.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Malattia di Huntington
(143100)
Frequenza: 5-10/100.000 nati vivi
Ereditarietà: autosomica dominante. Malattia causata da mutazione
dinamica
Genetica: Il gene responsabile della malattia ed il suo prodotto proteico
sono stati identificati. Il gene definito Intersting Transcript (IT-15), è
localizzato sul braccio corto del cromosoma 4 (4p16.3). La malattia è
associata all’amplificazione patologica di una specifica sequenza ripetuta
(CAG) nell’allele mutato. Nella popolazione normale la tripletta è ripetuta
10-30 volte. Nei pazienti affetti il numero di ripetizioni varia da 36 a più di
100. Un numero intermedio di espansioni 30-35 volte, è considerato una
premutazione.
Diagnosi: Il test genetico si basa sulla determinazione del numero di
espansione della tripletta.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
a delezioni:
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Patologie
Genetica, II legate
Ed. – Capitolo
11
Sindrome del cri du chat (delezione
del braccio corto del cromosoma 5)
Sindrome di Prader – Willi (delezione
del braccio del cromosoma 15
Delezione 13q14
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Nel cromosoma si formano due fratture: ed il frammento tagliato viene reinserito dopo
aver effettuato una rotazione di 180 gradi. L’inversione può comprendere o meno il
centromero.
Poichè non comporta la perdita o l’acquisizione di materiale genetico, in molti casi non
mostra alcuna alterazione fenotipica.
Tuttavia, durante la divisione meiotica (appaiamento dei cromosomi omologhi) causa
alterazioni importanti.
L'inversione pericentrica della regione eterocromatica del cromosoma 9 è la più comune
anomalia di struttura del cariotipo umano: oltre 1% delle persone sono eterozigoti per
questo riarrangiamento che non ha nessun effetto fenotipico
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
La traslocazione sposta il protooncogene c-MYC dal crom8 al
crom14, a valle del promotore
delle immunoglobuline. La
conseguenza è un
iperespressione di c-MYC che
causa la trasformazione
tumorale.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Translocazione
robertsoniana
Trasferimento di una
estremità di un cromosoma
sul centromero di un
cromosoma acrocentrico
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
EUPLOIDIA:
EUPLOIDIA
stato in cui la cellula presenta
un normale corredo
cromosomico.
Poliploidia causata da:
•Endomitosi (la separazione dei
cromatidi avviene dentro al
nucleo che non si dissolve)
•Endoreduplicazione (non si
forma il fuso mitotico ed I
cromosomi duplicati non si
separano)
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Poliploidia causata da:
•Endomitosi (la separazione
dei cromatidi avviene dentro
al nucleo che non si dissolve)
•Endoreduplicazione (non si
forma il fuso mitotico ed I
cromosomi duplicati non si
separano)
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
ANEUPLOIDIA:
ANEUPLOIDIA
Il numero cromosomico varia rispetto
alla condizione normale, riguardando
coppie o singoli cromosomi.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
Una cellula aneuploide si origina in genere durante la I o la II divisione meiotica (ma
anche durante la mitosi) per un errore di ripartizione dei cromosomi omologhi o dei
cromatidi fratelli (fenomeni di non – disgiunzione).
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
The primary oocytes are formed prenatally and they remain
suspended in prophase of meiosis I for decades until the
onset of puberty.
An oocyte completes meiosis I as its follicle matures,
resulting in a secondary oocyte and the first polar body.
After ovulation, each oocyte continues to metaphase of
meiosis II.
Meiosis II is completed only if fertilization occurs, resulting in
a fertilized mature ovum and the second polar body.
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
SINDROME DI EDWARDS
1/6500
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
SINDROME DI PATAU
1/10000
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
1/1000
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
3/10000
De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11
De Leo - Fasano
- Ginelli
– Biologia
e Genetica, II che
Ed. –siCapitolo
11
MOSAICISMO:
da errori
di non
– disgiunzione
verificano
durante le
MOSAICISMO causato
prime divisioni mitotiche post-zigotiche. L’organismo presenterà così linee cellulari
diverse per assetto cromosomico.
I soggetti con mosaicismi presentano quadri clinici più lievi rispetto a quelli osservabili in
individui con la singola situazione di aneuploidia. Il mosaicismo può interessare sia I
cromosomi autosomici, che quelli sessuali.
Nei casi di mosaicismo si potrebbe osservare persino polipolidia in alcune linee cellulari.
La poliploidia in tutte le cellule dell’organismo è invece non compatibile con la vita.