Classificazione dei diversi tipi di mutazioni
Possibili conseguenze di una mutazione genica.
Il prodotto di un gene normale è un peptide funzionante;
il prodotto di un gene mutato è un peptide parzialmente o totalmente non
funzionale
Frequenza di mutazione
numero di volte in cui una certa mutazione si verifica
in una popolazione di cellule/individui
Tasso di mutazione
probabilità che una mutazione si verifichi nel tempo
(nell’uomo il tasso di mutazioni spontanee per singoli geni va da
10-4 a 10-7 /gene/generazione)
Mutazioni geniche
Missenso
Transizioni
Nonsenso
Mutazioni puntiformi
Transversioni
Neutra
Silente
Frameshift
Mutazioni puntiformi
consistono nell’aggiunta, nella sottrazione di un singolo nucleotide,
oppure nella sostituzione di una base con un’altra
Ci sono 2 tipi di sostituzioni di basi
Transizioni
Transversioni
Mutazioni per sostituzione di basi
Transizione AT-GC
Transversione CG-GC
Alcune paia di basi sono più vulnerabili di altre alle mutazioni
Mutazioni missenso
Sostituzioni di basi che determinano cambiamento di un aa nella proteina finale
Forma normale dell’emoglobina (HbA) e forma mutata (HbS)
Esempio: anemia falciforme, causata da una sostituzione
di una coppia di basi nel gene della B-globina (globuli rossi
difettosi e a falce)
Mutazioni nonsenso
Sostituzione di base che produce un codone di stop
Si forma quindi una proteina più corta, generalmente non funzionale
Esempio: talassemia mediterranea in cui una mutazione
nonsenso produce un B-globina troncata, non funzionale
Patogenesi della B-talassemia
(anemia mediterranea)
Mutazione neutra
La sostituzione di una base che determina un codone per un aa con caratteristiche
simili al precedente.
La funzionalità della proteina non cambia
La sostituzione di una lisina con una arginina non altera la struttura della proteina
Mutazione silente (o samesense)
La sostituzione di un nucleotide, e quindi la comparsa di un nuovo
codone, non determina cambiamenti nella sequenza aa
Mutazioni frame-shift
L’inserzione o la delezione di uno, o più, nucleotidi determina lo scivolamento del
quadro di lettura in cui i codoni sono letti durante la traduzione. Questo determina
la sintesi di una proteina diversa per la sequenza a valle della mutazione. Mutazioni
frame-shift portano sempre alla produzione di proteine non funzionali
Nell’esempio è riportata l’inserzione di una G
L’inserzione o la delezione di un numero di basi non multiplo di 3 modifica
la composizione dei codoni successivi al punto di mutazione… e quindi la
sequenza nucleotidica
Mutazione frameshift
Può portare
anche proteine
troncate se si
forma un
codone di stop
(UAA, UAG,
UGA)
Mentre l’effetto di una sostituzione di base dipende dall’aa che viene inserito (se ha
caratteristiche chimico-fisiche diverse da quello nativo), un’inserzione o una delezione
che provoca uno scivolamento del quadro di lettura, produce in genere un polipeptide
non funzionale (struttura primaria diversa dal punto in cui si è verificata la mutazione)
Le maggiori conseguenze fenotipiche derivano per lo più da mutazioni puntiformi
che avvengono a carico del DNA codificante. Le mutazioni a carico del DNA non
codificante hanno di solito conseguenze meno evidenti, a meno che non
avvengano in regioni quali il promotore, nelle altre sequenze che regolano
l’espressione genica o nelle sequenze introniche che determinano i siti di splicing.
Le mutazioni di splicing
Eliminano o introducono un sito di splicing nel
trascritto, causando un’alterazione nel processo di
maturazione degli mRNA.
Di conseguenza i tradotti possono risultare difettosi
Le mutazioni nei siti di splicing possono avere diverse conseguenze
1. l’esclusione dal mRNA di interi esoni (exon skipping)
Proteina è priva degli aa codificati dall’esone escluso
Slittamento della cornice di lettura se n nucleotidi escluso è diverso da 3 o
multipli di 3
Mutazione frameshift
nel gene della distrofina
Distrofia muscolare di
Duchenne
Exon skipping nel gene
della distrofina
Distrofia muscolare di
Becker
2. Mantenimento di sequenze introniche (intron retention)
Mutazioni che determinano mancato riconoscimento di siti di splicing da parte
dei complessi di spliceosomi. Sequenza intronica viene mantenuta nell’mRNA
maturo.
Sintesi di nuovi aa non presenti nella proteina wt
3. Attivazione di un sito criptico di splicing all’interno di un esone
Con conseguente esclusione di sequenze esoniche nell’mRNA
Mancata sintesi di aa presenti nella proteina wt
Mutazioni cromosomiche
Gravi danni sui cromosomi a causa di mutageni o errori drastici durante la
replicazione dei cromosomi
• Delezioni
• Duplicazioni
• Inversioni
• Traslocazioni
Delezione
Rimozione di parte del materiale genetico. Il cromosoma si rompe in due
punti e di salda lasciando fuori la sequenza tra le due rotture
Duplicazione
Cromosomi omologhi si rompono in punti differenti e frammenti si
ricongiungono a partner sbagliato. Uno dei due cromosomi avrà segmento
deleto, l’altro segmento duplicato
Il crossing-over ineguale determina delezione e duplicazione
In alcuni casi possono verificarsi
contemporaneamente
duplicazioni e delezioni (quando
cromosomi omologhi si rompono
in punti diversi)
Isocromosoma
Divisione in senso
orizzontale, anziché
verticale, dei cromatidi, a
livello del centromero.
Cromosoma anomalo nel
quale uno dei bracci è
duplicato, in modo tale che
siano presenti due braccia
di uguale lunghezza con i
rispettivi loci organizzati in
senso speculare, mentre
l'altro braccio è deleto.
Cromosoma ad anello
Rottura delle estremità
telomeriche e
ricongiungimento del
cromosoma a livello dei
punti di frattura
Inversione
Rottura e ricongiunzione, dopo capovolgimento, di un segmento di
cromosoma
Traslocazione
Segmento di un cromosoma si spezza e si attacca a un altro cromosoma non
omologo.
I trasposoni (o elementi trasponibili)
Sequenze di DNA di poche
centinaia o migliaia di bp
che possono muoversi da
una parte all’altra del
genoma.
Generalmente portano
geni che codificano per
enzimi per questi
movimenti.
Trasposoni non si recidono
in maniera netta ma
lasciano corte sequenze di
bp che diventano
mutazioni permanenti nei
geni colpiti
Mutazioni da espansione delle ripetizioni di trinucleotidi (triplette)
Distribuite nel genoma umano si trovano sequenze di DNA ripetute di lunghezza
variabile.
Se molto corte (1-6 bp, si definiscono microsatelliti)
Errori durante replicazione del DNA e scambi genetici in seguito a appaiamenti errati
provocano variazioni nel numero delle ripetizioni. Le regioni che contengono queste
sequenze sono molto polimorfiche nella popolazione, variando anche da individuo a
individuo
In particolare, ripetizioni di tre nucleotidi (microsatelliti) possono andare incontro ad
espansioni abnormi e compromettere normale espressione di un gene se si trovano vicino
a regione codificante.
Queste espansioni riguardano soprattutto triplette CAG e CGG
Le ripetizioni sono contenute entro un certo limite nella popolazione normale, altrimenti
determinano condizioni patologiche
Alcune patologie determinate da espansione di triplette
Cause della ripetizione di triplette possono essere
- Appaiamento errato per
slittamento (slippage mispairing)
Lo slittamento all’indietro del nuovo
filamento può far sì che la DNA
polimerasi duplichi nuovamente la
tripletta
- Eventuali crossing over ineguali
Mutazioni instabili – nel corso delle generazioni si può osservare espansione, ma
anche riduzione del numero di triplette
La sindrome dell'X fragile (o sindrome di Martin-Bell o FRAX) è una malattia genetica umana
causata da una mutazione per espansione di triplette del gene FMR1 sul cromosoma X.
Con la sindrome di Down si contende il primato come causa
genetica più comune di ritardo mentale.
Normalmente il gene FMR1 contiene tra 6 e 53 ripetizioni del
codone CGG.
Negli individui affetti dalla sindrome dell'X fragile, l’allele FMR1 ha
più di 230 ripetizioni di questo codone. Questo grado di espansione
provoca la metilazione delle citosine nel promotore del gene FMR1,
con conseguente silenziamento dell'espressione.
La metilazione del locus FMR1, che è situato nella banda
cromosomica Xq27.3, provoca in quel punto la costrizione e la
fragilità del cromosoma X, fenomeno che dà il nome alla sindrome.
Cos'è e come si manifesta la sindrome del cromosoma X fragile?
La sindrome del cromosoma X fragile è la forma più comune di ritardo mentale dopo la sindrome di Down:
interessa circa un bambino maschio ogni 4000 e una bambina ogni 6000. I bambini affetti possono avere
uno sviluppo mentale molto variabile, con capacità cognitive quasi normali oppure grave ritardo,
eventualmente accompagnati da comportamenti simili all'autismo (iperattività, avversione al contatto
fisico, comportamenti stereotipati) e da frequenti crisi epilettiche. Sono state descritte anche alcune
caratteristiche fisiche specifiche, benché spesso poco evidenti: viso stretto e allungato con fronte e
mandibola prominenti, orecchie più grandi e più basse della media e ingrossamento dei testicoli
(macrorchidismo).
Come si trasmette la sindrome del cromosoma X fragile?
La malattia è causata da una particolare mutazione del gene FMR1, localizzato sul cromosoma X, che
consiste nella ripetizione eccessiva (espansione) di una certa sequenza del gene costituita da tre basi
nucleotidiche. Nei geni mutati questa sequenza è ripetuta un numero di volte molto superiore rispetto ai
geni non mutati. Alcune persone possiedono un numero intermedio di ripetizioni che non provoca effetti
(premutazione). La mutazione completa determina nei soggetti affetti la mancata produzione della
proteina normalmente codificata dal gene FMR1. La malattia si trasmette in modo molto peculiare,
manifestandosi in modo diverso nei due sessi: i maschi con la mutazione completa sono affetti, mentre
solo la metà circa delle femmine con la mutazione completa presenta i sintomi. Inoltre, il passaggio da
premutazione a mutazione è possibile solo durante lo sviluppo delle cellule uovo. Per questo, i maschi con
la premutazione la trasmettono sempre alle figlie femmine senza variazioni, mentre le femmine con la
premutazione corrono il rischio di avere figli malati perché durante la formazione della cellula uovo potrà
avvenire l'espansione
Mutazioni genomiche
Il cariotipo è il corredo cromosomico di un individuo
La cariotipizzazione si esegue su globuli bianchi isolati dal
sangue, trattati con colchicina per bloccare le cellule in
tarda profase – metafase e lisandole con soluzione
ipotonica.
Osservazione e fotografia del vetrino al MO.
Software di analisi di immagine appaiano omologhi e li
ordinano in base a lunghezza
Nella specie umana ci sono 46 cromosomi
44 autosomi (22 coppie)
2 cromosomi sessuali (una coppia)
Definizioni
Il numero cromosomico caratteristico della specie è rappresentato dal
set aploide di cromosomi (n)
Più comunemente ci si riferisce però all’assetto diploide (2n)
Gli individui portatori di un numero di cromosomi differente da quello
caratteristico sono detti eteroploidi
Euploidia
Numero cromosomico è variato per interi set
aploidi
Eteroploidia
Aneuploidia
Variazione del numero dei cromosomi con
riferimento alla singola coppia. Tale fenomeno
è ristretto ad uno o pochi cromosomi.
Condizioni di euploidia
Cariotipo di un individuo triploide
La poliploidia si origina in genere quando, durante la divisione cellulare, alla cariocinesi non segue
la citochinesi.
Nell’uomo non è compatibile con la vita. Tri- e tetraploidia osservate in aborti spontanei
Condizioni di aneuploidia
Cariotipo di un individuo affetto da sindrome
di Down (trisomia del 21) – una aneuploidia
Aneuploidia di solito si origina da fenomeni di non disgiunzione durante l’anafase
della meiosi I o II
Le conseguenze della non disgiunzione dei cromosomi in meiosi
Questi gameti, se fecondati, daranno origine
a condizioni di trisomia o di monosomia
