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Le mutazioni
riguardano tutti i
sistemi biologici;
la variabilità genetica è
alla base dell’evoluzione
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Tasso di mutazione
Probabilita’ di un particolare tipo di
mutazione in funzione del tempo
(no di mutazioni per coppia di nucleotidi per generazione).
Esso e’ influenzato dalla “costituzione” genetica
dell’organismo
(Maschi e femmine dello tesso ceppo di Drosophila hanno lo stesso TM,mentre
ceppi diversi no).
FREQUENZA DI MUTAZIONE= numero di eventi di
un tipo di mutazione(frazione di cellule o individui di una
popolazione)
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Tassi di mutazione spontanea
organismo
gene
tasso
Zea mays
Sh>sh
Su>su
1x10-6 per generazione
2x10-6 per generazione
D. melanogaster
y+ > y
bw+>bw
1x10-4 per cellula germinale
3x10-5 per cellula germinale
Mus musculus
D > d
3x10-5 per cellula germinale
Homo sapiens
emofilia A
distrofia Duchenne
acondroplasia
corea di Huntinghton
retinoblastoma
neurofibromatosi
3x10-5
3x10-4
7x10-5
1x10-6
2x10-5
9x10-5
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per
per
per
per
per
per
cellula
cellula
cellula
cellula
cellula
cellula
germinale
germinale
germinale
germinale
germinale
germinale
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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
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Errori nella replicazione
DNA polimerasi III (5’
frequenza di 1/104 basi.
Sistema di controllo (3’
Genoma umano
Ad ogni ciclo replicativo
3’) compie errori con
5’) riduce gli errori 1/106
2,75 x 109 basi
5,5 x 103 mutazioni
ogni secondo si replicano 109 cellule
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Tautomeria
le basi possono
passare dallo
stato chetonico
normale a quello
enolico raro;
dalla forma
iminica normale
a quella aminica
rara .
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Tautomeria e conseguenze
Nella sua forma
rara una base puo’
formare legami
diversi rispetto a
quelli normali e
causare
appaiamenti errati.
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Transizione
Se la transizione avviene durante la duplicazione del
cromosoma causa sostituzione di basi.
5’
3’
5’
3’
5’
3’
ACGTC
TGCAG
3’
5’
ACGTC
TGTAG
5’
5’
3’
5’
3’
ACGTC
TGCAG
3’
5’
3’
5’
3’
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3’
5’
3’
AC
TG
5’
ACGTC
TGCAG
ACATC
TGTAG
ACGTC
TGCAG
ACGTC
TGCAG
3’
5’
3’
5’
3’
5’
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Lo spettro elettromagnetico
Raggi
cosmici
Raggi
gamma
10-5nm
10-3nm
Raggi X
radiazione ionizzante
piu’ alto
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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
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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.
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UV formazione di dimeri
TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA
Endonucleasi
TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA
Esonucleasi
TGCTCATATGG
CGGTTCATGGTTGGT
ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA
DNA polimerasi I
TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA
Ligasi
TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA
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Radiazioni non ionizzanti
e riparazione
I raggi UV inducono la formazione
di dimeri di timina adiacenti nel
DNA; questo modifica la
conformazione della doppia elica.
La distorsione può essere riparata
mediante fotoreattivazione e per
escissione (a sinistra)
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Riparazione del DNA nell’uomo
Xeroderma pigmentosum: malattia autosomica
recessiva,
estrema sensibilità della pelle ai raggi UV ed
elevata incidenza di carcinomi della pelle e
melanomi.
Causa: incapacità di riparare i danni al DNA
provocati dai raggi UV per l’inabilità ad operare
il taglio iniziale che porta alla eliminazione del
dimero di timina ed alla sua riparazione.
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Origine delle mutazioni spontanee
Non esiste una quantità adeguata di radiazioni
di fondo (raggi cosmici, materiali radioattivi
terrestri) sufficiente per spiegare i tassi di
mutazione osservati nella maggior parte degli
organismi. Ad esempio, in Drosophila, il tasso
di mutazione spontanea è circa 1300 volte
quello atteso considerando l’intensità delle
radiazioni naturali e quindi hanno piccola
responsabilità
nella
determinazione
delle
mutazioni spontanee.
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Carico da radiazione naturale nell’uomo
sorgente di radiazione
dose in mSv/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
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Cause delle mutazioni spontanee
La natura del processo di mutazione
spontanea va cercata all’interno
della cellula e dell’organismo.
In Drosophila maschi e
femmine dello stesso
ceppo hanno = tasso di
mutazione, mentre
individui di ceppi diversi
hanno TM differenti
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•TEMPERATURA
•ETA’
•GENI MUTATORI
•ELEMENTI TRASPONIBILI
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Elementi trasponibili (ET)
Elementi genetici che si spostano nel genoma. Se si inseriscono in/o
nelle vicinanze di un gene lo inattivano
ET
elemento genetico
trasponibile
Gene
Segmento genico separato da un ET
mRNA
polipeptide attivo
mRNA
polipeptide tronco inattivo
Le mutazioni da ET sono molto elevate; per esempio
nel granturco i mutanti waxy naturali da ET sono circa 80%
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Possiamo incrementare la frequenza di
mutazione?
chimici
i mutageni
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fisici
genetici
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Mutageni chimici e loro azione
Nome comune
A. AGENTI ALCHILANTI:
Gas di mostarda (iprite)
EMS
EES
NTG
azione, proprietà particolari
donano gruppi alchilici ad altre molecole
transizioni
etilazione; transizioni G:C-A:T
etilazione; bifunzionale lega i due filamenti
del DNA provocando rotture ed aberrazioni.
deaminazione
B. ANALOGHI DI BASE: incorporati durante la replicazione
5-BU
analogo della timina; transizioni per tautomeria
5-BrDU
analogo della adenina;transizioni per tautomeria
2-AP
transizioni per tautomeria
C. COLORANTI ACRIDINICI: intercalanti, distorcono la struttura del DNA;
alla replicazione si ha l’inserzione o la delezione di una o più basi
Proflavina
sfasamento del modulo di lettura
Arancio di acridina
sfasamento del modulo di lettura
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P
X
ClB
F1
?
?
ClB: test per la
selezione di mutazioni
X-linked indotte in
D.melanogaster
ClB
ClB
Letale
Reincrocio
ClB
?
ClB
?
X
ClB
Letale
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?
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Azione mutagena dei raggi X
il numero delle
mutazioni legate al
sesso aumenta
linearmente
con la dose
somministrata
il numero di
mutazioni è
cumulativo
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Incrocio disgenico
promuove la mobilizzazione
dell’elemento trasponibile P
conseguenze:
- sterilità
- alta frequenza di mutazioni
- alterazioni cromosomiche
- non disgiunzione
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