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selezione
ricombinazione
mutazione
• Inizio 1900
leggi fondamentali della genetica
•1914 MORGAN
induzione di mutazioni in Drosophila
(alcool etilico e etere)
•anni ‘40
proprietà alchilanti di ossido di etilene,
mostarda azotata, epicloridrina etc...
•1948 RAPOPORT “supermutageni”
MUTAGENESI AMBIENTALE
GLOSSARIO
Mutazione: qualsiasi alterazione ereditabile del DNA.
Mutageno: agente o processo che aumenta la frequenza di
mutazioni in una popolazione di cellule o di individui.
Mutageni diretti: agenti chimici o fisici che interagiscono
direttamente con il DNA modificandolo.
Mutageni indiretti: agenti chimici che non interagiscono
direttamente con il DNA, ma attraverso la produzione di radicali
reattivi o la interazione con la sintesi, replicazione o mantenimento
della sua struttura.
Genotossico: agente o processo in grado di alterare la struttura, il
contenuto informazionale o la segregazione del DNA, o che ne
inibisce transitoriamente la replicazione. Include agenti mutageni e
altri capaci di interagire in vario modo con il materiale genetico.
.
GLOSSARIO
Mutazione: qualsiasi alterazione ereditabile del DNA.
Mutageno: agente o processo che aumenta la frequenza di
mutazioni in una popolazione di cellule o di individui.
Mutageni diretti: agenti chimici o fisici che interagiscono
direttamente con il DNA modificandolo.
Mutageni indiretti: agenti chimici che non interagiscono
direttamente con il DNA, ma attraverso la produzione di radicali
reattivi o la interazione con la sintesi, replicazione o mantenimento
della sua struttura.
Genotossico: agente o processo in grado di alterare la struttura, il
contenuto informazionale o la segregazione del DNA, o che ne
inibisce transitoriamente la replicazione. Include agenti mutageni e
altri capaci di interagire in vario modo con il materiale genetico.
.
Cancerogeno:
agente
o
processo
che
aumenta
significativamente
l’incidenza
di
neoplasie,
indipendentemente dal meccanismo di azione.
I cancerogeni genotossici sono agenti che significativamente
aumentano l’incidenza di tumori in una popolazione e hanno
l’abilità di alterare l’informazione genetica.
I cancerogeni non-genotossici (ad azione epigenetica) sono
agenti che aumentano significativamente la frequenza di
tumori in una popolazione ma non hanno l’abilità di alterare
l’informazione genetica.
Teratogeno: agente che interferisce con il normale sviluppo
embrionale
Livello informazionale
Modificazione della
corretta sequenza di basi
DANNO AL DNA
Livello strutturale
Alterazione della
conformazione fisica
della molecola
Mammiferi 10.000 eventi di modificazione del DNA per ora per
cellula
MUTAZIONE SPONTANEA
Azioni errate dell’apparato replicativo durante la
replicazione del DNA in presenza di un templato intatto e
dei comuni dNTPs;
Misinserzione di un nucleotide mutagenico, che possegga
una specificità di appaiamento imprecisa (vaga, inesatta),
durante la replicazione del DNA;
Reazioni chimiche con mutageni endogeni, come ad
esempio le specie reattive dell’ossigeno, e la
decomposizione spontanea di basi del DNA.
UMANI: 107 cellule si dividono ogni secondo, in 1/3 di queste insorge una mutazione spontanea
Mutazioni per sostituzione di base
TRANSIZIONI:
TRASVERSIONI:
purina
purina G
pirimidina
pirimidina C
purina
pirimidina
G
T
G
C
A
T
A
C
A
T
Tautomeria e conseguenze
Nella sua forma
rara una base
puo’ formare
legami diversi
rispetto a quelli
normali e causare
appaiamenti
errati.
Effetto della mutazione
completa
• Mutazione con perdita di funzione
parziale
• Mutazione con guadagno di funzione
• Mutazione senza effetti rilevabili
PERDITA DI BASI
Fattori : pH, T° C, tempo di replicazione, lunghezza genoma
Purine:
Escherichia coli
Mammiferi
Pirimidine:
(1/genoma) x generazione
(104/cellula) x generazione
più stabili
Tasso di perdita C,T ~ 1/20 G,A
Siti AP50.000-200.000 / genoma
(uomo-roditori)
9.000/genoma/giorno x idrolisi del DNA
DANNO OSSIDATIVO
Fonte di ROS (specie reattive dell’ossigeno): endogena,
esogena
RH2 + OH RH +H2O reazione a catena (ad es.
perossidazione dei lipidi insaturi)
(R=macromolecola organica)
MECCANISMI CELLULARI DI DIFESA
Eliminazione di specie reattive
superossido dismutasi : 2O2 + 2H+ H2O2+O2
catalasi: 2H2O2 2H2O+O2
Interruzioni delle reazioni a catena
Tioli, vitamina C, α-tocoferoli , etc..
Glutatione perossidasi:
H2O2+2GSH 2H2O+GS-SG
Sequestro dei metalli di transizione
Reazioni di tipo Fenton = sequestro Fe2+ sotto forma di ferritina
Regolazione cellulare
Inibizione della progressione del ciclo cellulare
Apoptosi
Attivazione dei processi di degradazione delle macromolecole danneggiate
Compartimentazione delle molecole bersaglio sensibili
Istoni e poliamine
Struttura ordinata della cromatina
DE mismatch = 2-3 Kcal/mole (equivale ad un singolo legame
idrogeno; frequenza di errore per nucleotide: 1-10%
in Escherichia coli
Meccanismo
frequenza di errore
Appaiamento delle basi
10-1 - 10-2
Azione DNA polimerasi
10-5 - 10-6
(incluso proofreading)
Proteine accessorie
10-7
Correzione postreplicativa
10-10
Frequenza di mutanti: proporzione finale di mutanti
rilevabile in una popolazione. Tale parametro non tiene
conto di come e/o quando la mutazione sia insorta.
Tasso di mutazione: frequenza di mutazione per
generazione e per entità biologica (virus, cellula, individuo)
ad un determinato locus.
Es: tasso di mutazione in una cellula germinale
m: numero di gameti in cui sia avvenuta la mutazione
diviso il numero totale di gameti che danno origine alla
generazione successiva.
Numero di mutanti per 10 8 batteri
9
8
7
6
5
a
4
3
2
b
1
0
0
2
4
6
8
Numero di divisioni cellulari
Aumento di una coltura della proporzione di mutanti per divisione.
La pendenza della retta (a/b) fornisce il tasso di mutazione: 1 x10-8.
a= 5-2/ 108=3/ 108
b=3 a/b= 3x10-8/3=1x10 -8
Tasso di mutazione: frequenza di mutazione per generazione e per
entità biologica (virus, cellula, individuo) ad un determinato locus.
a= m (numero di mutanti)/d (numero di divisioni cellulari)
Frequenza di mutanti: proporzione finale di mutanti rilevabile in
una popolazione. Tale parametro non tiene conto di come e/o quando
la mutazione è insorta.
n° generazioni
n°totale di batteri
N
V
n
1x108
1
n+1
2x108
2
2
n+2
4x108
4
4
4
n+3
8x108
8
8
8
n+4
16x108
T
8
16 16 16 16 16
frequenza di mutazione
1
1x10-8
4
2x10-8
12
3x10-8
32
4x10-8
80
5x10-8
