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LE MUTAZIONI

Le mutazioni: definizione Le mutazioni sono cambi nella normale sequenza o organizzazione del DNA in un cellula. Possono colpire: I cromosomi (alterazioni cromosomiche numeriche e strutturali) Singoli geni (delezioni o duplicazioni intrageniche) Una singola base del DNA (mutazioni puntiformi)

Un esempio di mutante

Sede delle mutazioni Mutazioni “germinali” Mutazioni “somatiche” Colpiscono le cellule germinali (spermatozoi o ovocellule) Sono trasmissibili alla prole Mutazioni “somatiche” Colpiscono le cellule somatiche, ossia qualsiasi tipi di cellule del corpo escluse quelle germinali Non sono trasmissibili alla prole

In che modo una mutazione può modificare un fenotipo? I geni mutati possono andare incontro a due meccanismi: Perdita di funzione (assenza del prodotto proteico normale del gene) Acquisto di funzione (presenza di un nuovo prodotto proteico con funzioni diverse da quello originale)

Effetti delle mutazioni Mutazioni letali Provocano la morte del 100% dei portatori prima della pubertà Mutazioni subletali Portano a morte più del 50% (ma non il 100%) dei portatori prima della pubertà Mutazioni neutrali Non modificano la salute dell’individuo in senso negativo o positivo Mutazioni vantaggiose Sono favorevoli per la specie, aumentando la fitness riproduttiva dei portatori Una stessa mutazione può avere effetto diverso in base all’ambiente in cui il portatore vive

Il concetto di mutazione “vantaggiosa” Una mutazione si dice vantaggiosa quando aumenta le possibilità di sopravvivenza di un individuo in un determinato ambiente e ne migliora la capacità riproduttiva Solo attraverso la riproduzione una mutazione vantaggiosa può trasferirsi alla prole di un individuo e risultare favorevole per la specie

Le mutazioni e l’evoluzione Le mutazioni hanno permesso l’evoluzione della specie, attraverso la creazione di nuovi fenotipi capaci di aumentare le possibilità di sopravvivenza e di riproduzione degli individui mutanti Le diverse mutazioni sono risultate vantaggiose sempre in relazione all’ambiente in cui vivevano gli individui portatori

Mutazioni vantaggiose in base all’ambiente: l’esempio della talassemia La talassemia è una patologia autosomica recessiva che produce allo stato omozigote una grave forma di anemia. In tale condizione la mutazione è pertanto letale

La talassemia allo stato eterozigote Gli eterozigoti per la talassemia sono portatori sani, quindi non affetti dalla patologia Allo stato eterozigote, pertanto, la talassemia appare come una mutazione neutra

Talassemia e malaria La condizione di portatore sano di talassemia protegge dalla infezione malarica Nelle regioni italiane dove la malaria era endemica la condizione di eterozigote per talassemia ha rappresentato una mutazione vantaggiosa

Tipi di mutazioni puntiformi (1) Mutazioni “missenso”: Cambio di un singolo nucleotide di un codone con produzione di un diverso aminoacido Es. GAC->GAA = Asp->Glu Provocano il cambio di un solo aminoacido nella proteina prodotta Spesso sono prive di effetti fenotipici Possono alterare il fenotipo quando il cambio di aminoacido altera la struttura e la funzione della proteina.

Tipi di mutazioni puntiformi (2) Mutazioni “sinonime”: Cambio di un singolo nucleotide in un codone con produzione dello stesso aminoacido rispetto al codone originale Es. GGT->GGC = Ser->Ser Non provocano alcun cambiamento nella proteina prodotta, e quindi sono prive di effetto fenotipico

Tipi di mutazioni puntiformi (3) Mutazioni “non senso”: Cambio di un singolo nucleotide all’interno di un codone con la conseguente formazione di un codone di stop Es: TAT->TAA = Tyr->STOP Provocano la produzione di una proteina tronca, per arresto del processo di traduzione Sono praticamente sempre associate ad effetti fenotipici conseguenti alla mancata produzione della proteina interessata

Le mutazioni frameshift Consistono nella delezione o inserzione in una sequenza di DNA di un numero di basi diverso da 3 o da un multiplo di tre Provocano uno “scivolamento” della cornice di lettura del gene, con sostituzione di tutti gli aminoacidi prodotti a valle della mutazione

Il meccanismo delle mutazioni frameshift GAT CCG TAT CTG GTC GTA TCT… Asp Arg Tyr Leu Val Val Ser G/AT CCG TAT CTG GTC GTA TCT… ATC CGT ATC TGG TCG TAT CT… Ile Ala Ile Trp Ser Tyr …

Conseguenze delle mutazioni framshift Le mutazioni frameshift hanno praticamente sempre effetti fenotipici, sia per la mancanza di produzione della proteina originale che per la produzione di una nuova proteina che può avere effetti dannosi Spesso provocano la creazione di codoni di stop, causando la produzione di proteine tronche

Origine delle mutazioni Mutazioni spontanee: Mutazioni causate da errori nei processi di replicazione o di riparazione del DNA Difficilmente prevenibili Mutazioni indotte: Causate dall’azione di sostanze chimiche o agenti fisici Potenzialmente prevenibili

Agenti mutageni Chimici Fisici Acido nitroso Analoghi delle basi Farmaci Fumo Tinture per i capelli Coloranti usati nell’industria alimentare Fisici Raggi X Raggi gamma Raggi UV (non penetranti)