Le mutazioni

1. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Le mutazioni riguardano tutti i sistemi biologici; la variabilità genetica è alla base dell’evoluzione by GP&NA

2. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 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) by GP&NA

3. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Tassi di mutazione spontanea • organismo gene tasso • Zea maysSh>sh 1x10-6 per generazione • Su>su 2x10-6 per generazione • D. melanogaster y+ > y 1x10-4 per cellula germinale • bw+>bw 3x10-5 per cellula germinale • Mus musculus D > d 3x10-5 per cellula germinale • Homo sapiens emofilia A 3x10-5 per cellula germinale • distrofia Duchenne 3x10-4 per cellula germinale • acondroplasia 7x10-5 per cellula germinale • corea di Huntinghton 1x10-6 per cellula germinale • retinoblastoma 2x10-5 per cellula germinale • neurofibromatosi 9x10-5 per cellula germinale by GP&NA

4. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 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 by GP&NA

5. DNA polimerasi III (5’ 3’) compie errori con frequenza di 1/104 basi. Sistema di controllo (3’ 5’) riduce gli errori 1/106 Ad ogni ciclo replicativo 5,5 x 103mutazioni Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Errori nella replicazione Genoma umano 2,75 x 109basi ogni secondo si replicano 109cellule by GP&NA

6. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Tautomeria le basi possono passare dallo stato chetonico normale a quello enolico raro; dalla forma iminica normale a quella aminica rara . by GP&NA

7. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Tautomeria e conseguenze Nella sua forma rara una base puo’ formare legami diversi rispetto a quelli normali e causare appaiamenti errati. by GP&NA

8. 5’ 5’ 5’ G*T C T A G 3’ 3’ 3’ 5’ 5’ 5’ 5’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’ A C G T C A C G T C A C G T C A C G T C A C G T C A C G T C A C A T C A C T G T G C A G T G T A G T G C A G T G C A G T G C A G T G T A G T G C A G 3’ 3’ 3’ 3’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ G T C C A G Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Transizione • Se la transizione avviene durante la duplicazione del • cromosoma causa sostituzione di basi. by GP&NA

9. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Lo spettro elettromagnetico 380nm blu verde giallo rosso 750nm LUCE VISIBILE Raggi cosmici Raggi gamma Raggi X UV Microonde Infrarossi Onde radio 103 nm 10-3nm 1nm 10-5nm 106 nm 109nm 103m lunghezza d’onda radiazione ionizzante Livello energetico piu’ basso piu’ alto by GP&NA

10. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 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

11. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari UV formazione di dimeri Radiazioni non ionizzanti e riparazione TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA Endonucleasi 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) TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA Esonucleasi TGCTCATATGG CGGTTCATGGTTGGT ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA DNA polimerasi I TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA Ligasi TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA by GP&NA

12. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 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. by GP&NA

13. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 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. by GP&NA

14. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 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 by GP&NA

15. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Cause delle mutazioni spontanee La natura del processo di mutazione spontanea va cercata all’interno della cellula e dell’organismo. • TEMPERATURA • ETA’ • GENI MUTATORI • ELEMENTI TRASPONIBILI In Drosophila maschi e femmine dello stesso ceppo hanno = tasso di mutazione, mentre individui di ceppi diversi hanno TM differenti by GP&NA

16. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 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 mRNA polipeptide attivo polipeptide troncoinattivo • Le mutazioni da ET sono molto elevate; per esempio • nel granturco i mutanti waxy naturali da ET sono circa 80% by GP&NA

17. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Possiamo incrementare la frequenza di mutazione? chimici fisici i mutageni genetici by GP&NA

18. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Mutageni chimici e loro azione Nome comune azione, proprietà particolari A. AGENTI ALCHILANTI: donano gruppi alchilici ad altre molecole Gas di mostarda (iprite) transizioni EMS etilazione; transizioni G:C-A:T EES etilazione; bifunzionale lega i due filamenti del DNA provocando rotture ed aberrazioni. NTG 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 by GP&NA

19. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari ClB: test per la selezione di mutazioni X-linked indotte in D.melanogaster P X ClB F1 ClB ? ClB ? Letale Reincrocio X ? ClB ClB ? ? ClB Letale by GP&NA

20. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Azione mutagena dei raggi X • il numero delle mutazioni legate al sesso aumenta linearmente • con la dose somministrata • il numero di mutazioni è cumulativo by GP&NA

21. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Incrocio disgenico promuove la mobilizzazione dell’elemento trasponibile P conseguenze: - sterilità - alta frequenza di mutazioni - alterazioni cromosomiche - non disgiunzione by GP&NA