Log (fitness) selezione ricombinazione mutazione

MUTAGENESI AMBIENTALE Inizio 1900 leggi fondamentali della genetica 1914 MORGAN induzione di mutazioni in Drosophila (alcool etilico e etere) anni ‘40 proprietà alchilanti di ossido di etilene, mostarda azotata, epicloridrina etc... 1948 RAPOPORT “supermutageni” MUTAGENESI AMBIENTALE

GLOSSARIO Mutazione: qualsiasi alterazione ereditabile del DNA. Mutageno: agente o processo che aumenta la frequenza di mutazioni in una popolazione di cellule o di individui. Mutageni diretti: agenti chimici o fisici che interagiscono direttamente con il DNA modificandolo. Mutageni indiretti: agenti chimici che non interagiscono direttamente con il DNA, ma attraverso la produzione di radicali reattivi o la interazione con la sintesi, replicazione o mantenimento della sua struttura. Genotossico: agente o processo in grado di alterare la struttura, il contenuto informazionale o la segregazione del DNA, o che ne inibisce transitoriamente la replicazione. Include agenti mutageni e altri capaci di interagire in vario modo con il materiale genetico. .

GLOSSARIO Mutazione: qualsiasi alterazione ereditabile del DNA. Mutageno: agente o processo che aumenta la frequenza di mutazioni in una popolazione di cellule o di individui. Mutageni diretti: agenti chimici o fisici che interagiscono direttamente con il DNA modificandolo. Mutageni indiretti: agenti chimici che non interagiscono direttamente con il DNA, ma attraverso la produzione di radicali reattivi o la interazione con la sintesi, replicazione o mantenimento della sua struttura. Genotossico: agente o processo in grado di alterare la struttura, il contenuto informazionale o la segregazione del DNA, o che ne inibisce transitoriamente la replicazione. Include agenti mutageni e altri capaci di interagire in vario modo con il materiale genetico. .

Cancerogeno: agente o processo che aumenta significativamente l’incidenza di neoplasie, indipendentemente dal meccanismo di azione. I cancerogeni genotossici sono agenti che significativamente aumentano l’incidenza di tumori in una popolazione e hanno l’abilità di alterare l’informazione genetica. I cancerogeni non-genotossici (ad azione epigenetica) sono agenti che aumentano significativamente la frequenza di tumori in una popolazione ma non hanno l’abilità di alterare l’informazione genetica. Teratogeno: agente che interferisce con il normale sviluppo embrionale

Mammiferi 10.000 eventi di modificazione del DNA per ora per cellula DANNO AL DNA Livello informazionale Livello strutturale Modificazione della corretta sequenza di basi Alterazione della conformazione fisica della molecola Mammiferi 10.000 eventi di modificazione del DNA per ora per cellula

MUTAZIONE SPONTANEA Azioni errate dell’apparato replicativo durante la replicazione del DNA in presenza di un templato intatto e dei comuni dNTPs; Misinserzione di un nucleotide mutagenico, che possegga una specificità di appaiamento imprecisa (vaga, inesatta), durante la replicazione del DNA; Reazioni chimiche con mutageni endogeni, come ad esempio le specie reattive dell’ossigeno, e la decomposizione spontanea di basi del DNA. UMANI: 107 cellule si dividono ogni secondo, in 1/3 di queste insorge una mutazione spontanea

Mutazioni per sostituzione di base TRANSIZIONI: purina purina G A pirimidina pirimidina C T TRASVERSIONI: purina pirimidina G T G C A T A C

Tautomeria e conseguenze Nella sua forma rara una base puo’ formare legami diversi rispetto a quelli normali e causare appaiamenti errati.

Effetto della mutazione completa Mutazione con perdita di funzione parziale Mutazione con guadagno di funzione Mutazione senza effetti rilevabili

PERDITA DI BASI Fattori : pH, T° C, tempo di replicazione, lunghezza genoma Purine: Escherichia coli (1/genoma) x generazione Mammiferi (104/cellula) x generazione Pirimidine: più stabili Tasso di perdita C,T ~ 1/20 G,A Siti AP 50.000-200.000 / genoma (uomo-roditori) 9.000/genoma/giorno x idrolisi del DNA

DANNO OSSIDATIVO Fonte di ROS (specie reattive dell’ossigeno): endogena, esogena RH2 + OH  RH +H2O  reazione a catena (ad es. perossidazione dei lipidi insaturi) (R=macromolecola organica)

MECCANISMI CELLULARI DI DIFESA Eliminazione di specie reattive superossido dismutasi : 2O2 + 2H+ H2O2+O2 catalasi: 2H2O2 2H2O+O2 Interruzioni delle reazioni a catena Tioli, vitamina C, α-tocoferoli , etc.. Glutatione perossidasi: H2O2+2GSH  2H2O+GS-SG Sequestro dei metalli di transizione Reazioni di tipo Fenton = sequestro Fe2+ sotto forma di ferritina Regolazione cellulare Inibizione della progressione del ciclo cellulare Apoptosi Attivazione dei processi di degradazione delle macromolecole danneggiate Compartimentazione delle molecole bersaglio sensibili Istoni e poliamine Struttura ordinata della cromatina

DE mismatch = 2-3 Kcal/mole (equivale ad un singolo legame idrogeno; frequenza di errore per nucleotide: 1-10% in Escherichia coli Meccanismo frequenza di errore Appaiamento delle basi 10-1 - 10-2 Azione DNA polimerasi 10-5 - 10-6 (incluso proofreading) Proteine accessorie 10-7 Correzione postreplicativa 10-10

Frequenza di mutanti: proporzione finale di mutanti rilevabile in una popolazione. Tale parametro non tiene conto di come e/o quando la mutazione sia insorta. Tasso di mutazione: frequenza di mutazione per generazione e per entità biologica (virus, cellula, individuo) ad un determinato locus. Es: tasso di mutazione in una cellula germinale m: numero di gameti in cui sia avvenuta la mutazione diviso il numero totale di gameti che danno origine alla generazione successiva.

a b Aumento di una coltura della proporzione di mutanti per divisione. La pendenza della retta (a/b) fornisce il tasso di mutazione: 1 x10-8. a= 5-2/ 108=3/ 108 b=3 a/b= 3x10-8/3=1x10 -8

a= m (numero di mutanti)/d (numero di divisioni cellulari) Tasso di mutazione: frequenza di mutazione per generazione e per entità biologica (virus, cellula, individuo) ad un determinato locus. a= m (numero di mutanti)/d (numero di divisioni cellulari) Frequenza di mutanti: proporzione finale di mutanti rilevabile in una popolazione. Tale parametro non tiene conto di come e/o quando la mutazione è insorta. n° generazioni n°totale di batteri N V T frequenza di mutazione n 1x108 1 1 1x10-8 n+1 2x108 2 2 4 2x10-8 n+2 4x108 4 4 4 12 3x10-8 n+3 8x108 8 8 8 8 32 4x10-8 n+4 16x108 16 16 16 16 16 80 5x10-8