LE MUTAZIONI DEFINIZIONE: La mutazione è una modificazione della sequenza delle basi del DNA con effetti più o meno gravi, dipendenti dall’entità del danno. Le mutazioni sono eventi importanti in quanto sono alla base dell’evoluzione biologica. Tutti gli alleli, in definitiva, derivano da mutazioni passate…..ma le probabilità che portino ad una modifica vantaggiosa sono scarsissime, pertanto una mutazione in un individuo comporta quasi sempre a danni più o meno gravi.

SCOPERTA Hugo De Vries (1848-1935), uno dei riscopritori del lavoro di Mendel, propose nel 1901 che l’origine di nuovi alleli dipendesse da un cambiamento improvviso e discontinuo del gene, che chiamò, appunto, mutazione. In realtà i casi studiati da De Vries risultarono dovuti non a mutazioni, ma a riarrangiamenti dei cromosomi; ciononostante il concetto di mutazione genetica entrò nel pensiero scientifico grazie a lui. Studi più approfonditi vennero eseguiti da Morgan a partire dagli anni’10 del ‘900, sulle drosofile. Nelle popolazioni ogni tanto comparivano moscerini con caratteri nuovi come ad esempio gli occhi bianchi

CAUSE Mutazioni spontanee Le mutazioni possono essere spontanee (dovute ad errori nel funzionamento cellulare) o indotte da agenti esterni Mutazioni spontanee Non dimentichiamo che ogni volta che una cellula umana si moltiplica deve essere replicata una sequenza di oltre tre miliardi di coppie di nucleotidi La maggior parte delle mutazioni insorge in seguito a errori di copia durante la duplicazione del DNA Ogni secondo si replicano 109 cellule Ad ogni ciclo replicativo si hanno 5,5 x 103 mutazioni

CELLULE COLPITE somatiche: si verificano in un certo stadio dello sviluppo e se insorgono in alcune parti dell’organismo (se sono coinvolti geni delle crescita cellulare si può avere la trasformazione tumorale della cellula). NON sono trasmissibili alla progenie; Possono interessare le cellule: germinali: Coinvolgono i gameti e quindi SONO ereditabili.

Cromosomiche: riguardano pezzi di cromosoma che possono spostarsi TIPI DI MUTAZIONI Puntiformi (geniche): riguarda una singola coppia di basi, o poche unità Possono essere di sostituzione ( di senso-di non senso- silente) inserzione C) delezione Quelle di inserzione e delezione sono più gravi di quelle di sostituzione perchè il messaggio viene sfasato Cromosomiche: riguardano pezzi di cromosoma che possono spostarsi oppure perdersi Genomiche: riguardano il cariotipo, quindi il numero dei cromosomi

MUTAZIONI PUNTIFORMI A) sostituzione: Di senso: la sostituzione di una base comporta l’inserimento di un amminoacido diverso da quello normalmente presente; quindi la proteina risulta essere modificata . Esempio: il più noto è l’anemia falciforme dove soltanto un amminoacido (acido glutammico GAA, GAG) viene sostituito da un altro (valina: GUA,GUG). L’allele mutato è recessivo.

II) Di non senso: in tal caso, la sostituzione di un nucleotide porta ad un codone di arresto (UAA,UAG,UGA)

si arresta in quel punto E’ un po’ più grave della prima perché la sintesi della catena di un polipeptide si arresta in quel punto Esempio: DISTROFIA MUSCOLARE DI DUCHENNE (malattia genetica recessiva legata al cromosoma x). Comporta la perdita della distrofina, una proteina utile alla contrazione muscolare. p21 X I primi segni che attirano l'attenzione sono l'incapacità di camminare o correre quando queste funzioni avrebbero già dovuto essere acquisite; oppure, una volta che queste attività vengano acquisite, i bambini appaiono meno attivi della norma e cadono facilmente. La distrofina è controllata da un gene molto grande- 2400Kb; impiega 24 ore ad essere trascritto.

III) silenti: il codice genetico è ridondante (degenerato); può quindi succedere che il Cambiamento di una base non comporti un cambiamento dell’amminoacido. Può anche Che l’amminoacido sostituito abbia proprietà chimiche simili.

SINDROME DELL’X FRAGILE ..prima di passare a quelle cromosomiche accenniamo ad una particolare mutazione genica: SINDROME DELL’X FRAGILE Ha una frequenza di 1:4000 maschi. Provoca ritardo mentale In alcuni soggetti, alcune sequenze (CGG )sul cromosoma X, che normalmente sono ripetute alcune decine di volte, vengono ripetute per oltre 200 volte.

MUTAZIONI CROMOSOMICHE Sono alterazioni più estese e riguardano un segmento di DNA che possono essere di diversi tipi, con effetti solitamente più gravi rispetto alle mutazione geniche. DELEZIONE: cancellazione di una parte di materiale cromosomico; DUPLICAZIONE: viene ripetuto un pezzo di cromosoma; INVERSIONE: il frammento ottenuto da due frammentazioni ruota di 180 gradi e si va inserire tra gli altri due frammenti, ricostruendo così morfologicamente il cromosoma ma con sequenza genica modificata. TRASLOCAZIONE: un segmento di DNA si stacca dalla propria posizione e va ad inserirsi in un cromosoma diverso. Un esempio: Sindrome del “cri du chat” o del grido del gatto. Cancellazione del braccio corto del cromosoma numero 5.

La sindrome prende nome dal pianto lamentoso, simile al miagolio del gatto, caratteristico dei soggetti affetti. La perdita di materiale genetico si associa a ritardo dello sviluppo psicomotorio e a grave ritardo mentale, ma l'assenza di malformazioni gravi in una notevole percentuale di casi può garantire una lunga sopravvivenza. Si hanno anche malformazioni alle orecchie, faccia e laringe, microcefalia.

MUTAZIONI GENOMICHE Si ha un’alterazione del cariotipo, quindi del numero dei cromosomi. Negli organismi diploidi, compresi gli esseri umani le forme di aneuploidia Più frequenti sono la mancanza di un cromosoma omologo (monosomia), Oppure la presenza di un cromosoma in più (trisomia) Esempi: sindrome di Down (trisomia 21). L’unica alterazione autosomica compatibile con la vita. sindrome di Patau (trisomia13) e Edwards (trisomia 18). Muoiono nei primi mesi di vita. Sindrome di Turner (X0) Klinefelter (XXY)

SINDROME DI DOWN (trisomia 21) E’ il caso più frequente, dovuto alla mancata disgiunzione dei cromosomi 21 nei gameti durante la meiosi. L’alterazione comporta alterazioni varie come ritardo mentale variabile, problemi cardiaci, respiratori ecc… Può essere dovuta anche ad un fenomeno di “TRASLOCAZIONE”, con effetti meno gravi.Le persone affette hanno apparentemente un numero normale di cromosomi; in realtà possiedono 3 copie del cromosoma 21 ma una di queste è fusa ad un altro cromosoma, di solito il 14.

MONOSOMIA X: SINDROME DI TURNER

XXY: SINDROME DI KLINEFELTER

ORIGINE DELLE MUTAZIONI Perché avvengono le mutazioni? In base alle cause che le provoca possiamo avere: MUTAZIONI SPONTANEE: i dispositivi cellulari non sempre sono perfetti. Come abbiamo visto, durante la duplicazione del DNA possono esserci degli errori: da parte della DNA polimerasi, di non disgiunzione meiotica o dell’alterazione stessa di basi ecc…. MUTAZIONI INDOTTE DA CAUSE ESTERNE: si verificano a seguito di un cambiamento permanente del DNA questa volta dovuto a cause esterne: i fattori (o agenti) mutageni. Possono essere di due tipi: FISICI CHIMICI

AGENTI MUTAGENI FISICI Radiazioni ionizzanti 380nm rosso 750nm verde giallo blu LUCE VISIBILE Raggi cosmici Raggi gamma Raggi X UV Infrarossi Microonde Onde radio 10-5nm 10-3nm 1nm 103 nm lunghezza d’onda 106 nm 109nm 103m radiazione ionizzante Livello energetico piu’ alto piu’ basso

EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI 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. Esse possono provocare rotture cromosomiche e quindi sia riarrangiamenti cromosomici che mutazioni puntiformi.

UN ESEMPIO: Mutageni fisici: Le radiazioni UV, pur non essendo radiazioni ionizzanti, possono provocare la formazione di legami covalenti fra pirimidine adiacenti (generalmente: dimeri di timina) che interrompono la replicazione Il dimero di timina può essere riparato o meno (sistema di riparazione per escissione) Vedi disegno pag. seguente

Lo Xeroderma pigmentoso è una malattia ereditaria dovuta a mutazioni di geni preposti alla riparazione del DNA. I pazienti affetti da tale patologia non sono in grado di riparare i danni che le radiazioni ultraviolette inducono nel DNA, e sono predisposti all’insorgenza di tumori maligni della pelle.

AGENTI MUTAGENI CHIMICI Fra i mutageni chimici, la prima sostanza di cui si è conosciuta l'azione mutagena è stata l'iprite, usata nella guerra del 1914-1918 come gas vescicante. Nelle sperimentazioni questa sostanza, ottenne, in Drosophila, un aumento delle mutazioni e danni cromosomici specifici. Si tratta evidentemente di una mutazione somatica che può essere evidenziata in questi tessuti, come l'epidermide, che continuamente si riproducono, per cui il danno nella cellula originale somatica si perpetua nelle cellule figlie. L'iprite fu utilizzata per la prima volta (non l’ultima) in Belgio, ad Ypres (da cui il nome), il 12 luglio 1917, durante la prima guerra mondiale, per iniziativa dell'esercito tedesco. Vi risparmio le immagini

…..da allora la lista si è allungata moltissimo I mutageni chimici agiscono in due modi differenti e, in base a questi, sono classificati in: - analoghi delle basi, che possono prendere il posto delle basi canoniche del DNA; - mutageni che alterano basi già inserite come l’acido nitroso, l’idrossilamina , agenti alchilanti, ossidanti, radicali ecc. Ci sono anche gli Intercalanti che si intercalano tra le basi azotate e provocano durante la duplicazione appaiamenti errati

…non dimentichiamo che la mutazioni sono la forza trainante ….e per finire… …non dimentichiamo che la mutazioni sono la forza trainante dell’evoluzione: senza di esse non ci sarebbe nessuna variabilità genetica, il substrato su cui agisce la selezione naturale Fine