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

Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

Tassi di mutazione spontanea Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I Tassi di mutazione spontanea organismo gene tasso Zea mays Sh>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

Cause delle mutazioni spontanee Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

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

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

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

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

Lo spettro elettromagnetico Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I Lo spettro elettromagnetico 380nm rosso verde 750nm 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 by GP&NA

Radiazioni ionizzanti e conseguenze Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

Radiazioni non ionizzanti e riparazione Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

Riparazione del DNA nell’uomo Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

Origine delle mutazioni spontanee Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

Carico da radiazione naturale nell’uomo Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

Cause delle mutazioni spontanee Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

Elementi trasponibili (ET) Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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 tronco inattivo Le mutazioni da ET sono molto elevate; per esempio nel granturco i mutanti waxy naturali da ET sono circa 80% by GP&NA

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

Mutageni chimici e loro azione Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

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

Azione mutagena dei raggi X Universita’ di Bari Sc.Biosanitarie Genetica I 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

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