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MUTAZIONI GENICHE
Mutazione: e’ il processo che altera la sequenza di
basi del DNA
Qualsiasi base
Una mutazione è un qualsiasi cambiamento
di una o più coppie di basi
La mutazione è un cambiamento
ereditabile del materiale genetico
Somatica
Ereditata solo dai
discendenti di una cellula
Germinale
trasmessa attraverso
le generazioni
di lisi
S. Luria e M. Delbrück
(1943)
test di fluttuazione
Se il fago T1 fosse l’agente induttore della resistenza
dovremmo trovare, dopo l’aggiunta, tutte le cellule
resistenti.
Invece, troviamo che il numero delle cellule resistenti
dipende dal momento nel quale è avvenuta la mutazione
che conferisce la resistenza.
• Caratteristiche ereditabili si originano per
mutazione casuale e non per adattamento a
cause ambientali.
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 (prototrofi).
Facilmente identificabili nei microrganismi (E.Coli) e
lievito.
Mutazioni puntiformi
-interessano singole basi
Sostituzione di base
A
G
C
T
Transizioni
da pu-py a pu-py
Transversioni
da pu-py a py-pu
transizione
transversione
Frameshift
Inserzione o delezione di una o qualche coppia di basi
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 e soppressione
stesso gene,
sequenza originaria
altro gene o siti diversi
dello stesso gene separabili,
Es. reversione di una mutazione nonsenso
compensa gli effetti della prima mutazione ma
da codone nonsenso ad uno che è codificante
non la fa revertire
vera reversione se viene ripristinata la codifica
dell’aa originale, altrimenti reversione parziale
Soppressione intra-genica
mutazione di un diverso nucleotide dello stesso codone oppure di un codone
differente nello stesso gene (es delezione e successiva inserzione, quindi
soppressione di una mutazione frameshift)
Soppressione inter-genica
Seconda mutazione in un diverso gene. I geni che causano la soppressione
di mutazione di altri geni si chiamano GENI SOPPRESSORI
(Es. geni per tRNA mutati )
Dal punto di vista molecolare……
L’ allele piu’ frequente in natura e “funzionante” è detto allele selvatico
o wild-type.
 dominante
Un allele “alternativo” puo’ essere una variante (mutante) che perde o
riduce la funzionalità del gene (mutazione da perdita di funzione)
 recessivo
Le mutazioni non sono sempre recessive!
Un allele mutante può far acquisire al prodotto genico una funzione che
non aveva (mutazione da guadagno di funzione)
recessivo
dominante
Dominante negativo (dominant negative):
Questa e’ una mutazione loss-of-function, ma e’ dominante.
Di solito, il prodotto genico è multimerico. Anche una sola subunità non
funzionante compromette la funzionalità di tutte le altre.
p53 mutants
wild-type p53
mutant p53
Loss-of-function
p53 è un fattore trascrizionale (normalmente attiva la trascrizione, in alcuni casi la
reprime) che agisce come tetramero. La presenza anche di una sola molecola di p53
mutata può rendere il tetramero non funzionale come fattore trascrizionale (perdita di
funzione)
Le mutazioni del DNA possono essere
spontanee (errori nella replicazione e
cambiamenti chimici spontanei) o indotte
(da agenti fisici e chimici)
Come si originano le mutazioni?
1. errori di incorporazione alla
replicazione (la maggioranza)
(10-810-10 batteri; 10-710-9 eucarioti)
2a. errata correzione di danni spontanei
2b. errata correzione di danni indotti
da mutageni
Risposta SOS
E’ caratteristica di batteri in fase stazionaria. E’ una
risposta da stress: MUTAGENESI ADATTATIVA.
si induce la espressione di DNA polimerasi soggette a
errore che replicano segmenti precedentemente
danneggiati del DNA producendo errori.
1. Errori di replicazione
1a. scivolamento su sequenze ripetute
1. Errori di replicazione
1b. Incorporazione di base errata
Danni spontanei
Appaiamento scorretto delle forme isomeriche
(rare) tautomeriche a) pirimidine e b) purine
Danni spontanei
forme tautomeriche di basi azotate
Danni spontanei
1. Depurinazione spontanea
Una purina, guanina o adenina, viene rimossa dal DNA quando si rompe il legame
tra essa ed il desossiribosio (il DNA non si rompe perché lo scheletro zuccherofosfato rimane). Legame meno saldo di pirimidine/zucchero.
Nella replicazione, non essendoci una base stampo, verrà inserita nella nuova elica
una base qualsiasi
Danni spontanei
2. Deaminazione
(rimozione di un gruppo amminico da una base)
spontanea
5-metil citosina: punti caldi mutazionali
Danni fisici
2. Radiazioni ionizzanti (Raggi X)
provocano rotture del doppio
filamento del DNA
Danni fisici
Radiazioni non ionizzanti,
UV: dimeri di timina (TT)
tra timine adiacenti sulla stessa
elica o su eliche diverse.
Questo legame covalente induce una
distorsione del DNA che impedisce
l’appaiamento corretto A-T e può bloccare,
se non rimosso, il processo di replicazione
Danni indotti
da mutageni
Mutageni chimici
Modificatori di basi
HNO2 Agente
deamminante
transizione
transizione
MUTAGENI CHIMICI
Deamminanti: Acido nitroso (HNO2) rimuove gruppi
amminici
Idrossilanti: Idrossilamina (NH2OH) aggiungono
gruppi ossidrilici (OH)
Alchilanti: Metilmetano sulfonato (MSS)
aggiungono gruppi alchilici (CH3 o CH2CH3)
Mutageni chimici:Analoghi delle basi
Ha un residuo di bromo al posto del gruppo metilico
della timina
Induce mutazioni perché può cambiare forma dopo che è stato incorporato nel DNA
Mutageni chimici: Agenti intercalanti
Si intercalano in una o entrambe le eliche del DNA
anche Bromuro di Etidio
Mutazioni indotte da elementi genetici trasponibili
Trasposoni possono ‘saltare’ da un sito ad un altro del genoma.
L’insersione di un trasposone in un gene lo può rendere non
funzionale. Studiati in drosophila, E. Coli.
Espansione di triplette nucleotidiche
Sequenze ripetute in tandem di 1-6 coppie di nucleotidi: ripeti
zioni semplici in tandem. Possono aumentare di numero e causare
malattie ereditarie dell’uomo
Sindrome dell’X fragile,
Corea di Huntington
Test di Ames: identificazione di potenziali mutageni
Verifica la capacità di una sostanza di far tornare di ceppo
selvatico ceppi mutanti auxotrofi di Salmonella
Enzimi epatici (sostanze chimiche non
mutagene e non cancerogene di per sé,
possono essere rese tali per reazioni a
livello epatico)
MECCANISMI DI RIPARAZIONE DEL DNA
Fotoliasi (batterica) ripara dimeri di timina
Riparazione per escissione di basi
Riparazione per escissione di nucleotidi
Attività esonucleasica (correzione di bozze)3’ 5’
della DNA polimerasi
Attività endonucleasica GATC specifica dipendente
da metilazione (E. Coli)
Risposta SOS (batterica)
I danni al DNA possono essere riparati per
reversione diretta
Es.1 L’enzima fotoliasi, attivato dalla luce, elimina il legame
anomalo che si è creato tra le due timidine adiacenti
Riparazione del DNA per escissione di basi (elimina basi
deaminate, ossidate, ec.)
GLICOSILASI (taglia legame glicosidico
base-zucchero)
ENDONUCLEASI AP FOSFODIESTERASI
(rimuovono lo zucchero-fosfato)
DNA Polimerasi rimpiazza il nucleotide mancante
DNA ligasi catalizza chiusura covalente dello scheletr
zucchero-fosfato (legame fosfodiesterico)
endonucleasi
Riparazione
per
excisione
dei
nucleotidi
(NER)
a 8nt e 4nt di distanza
Mutazioni umane
nei sistemi di riparo
NER
Malattie ereditarie causate da difetti
riparazione del DNA