Le mutazioni

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Le mutazioni
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riguardano tutti i sistemi biologici
la variabilità genetica è alla base
dellevoluzione
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Tasso di mutazione
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• 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 dellorganismo
• (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)

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Tassi di mutazione spontanea
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organismo gene tasso Zea mays Shgtsh 1x10-6
per generazione Sugtsu 2x10-6 per
generazione D. melanogaster y gt y
1x10-4 per cellula germinale bwgtbw 3x10-5
per cellula germinale Mus musculus D gt
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
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Cause delle mutazioni spontanee
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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
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Errori nella replicazione
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Genoma umano 2,75 x 109 basi
ogni secondo si replicano 109 cellule
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Tautomeria
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le basi possono passare dallo stato chetonico
normale a quello enolico raro dalla forma
iminica normale a quella aminica rara .
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Tautomeria e conseguenze
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Nella sua forma rara una base puo formare legami
diversi rispetto a quelli normali e causare
appaiamenti errati.
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Transizione
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• Se la transizione avviene durante la duplicazione
  del
• cromosoma causa sostituzione di basi.

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Lo spettro elettromagnetico
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380nm blu verde giallo rosso 750nm
LUCE VISIBILE
Onde radio
Microonde

UV
Raggi X
Raggi gamma
Raggi cosmici
Infrarossi
10-3nm
103 nm
1nm
10-5nm
106 nm
109nm
103m
lunghezza donda
radiazione ionizzante
Livello energetico
piu alto
piu basso
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Radiazioni ionizzanti e conseguenze
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• 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.

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Radiazioni non ionizzanti e riparazione
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UV
formazione di dimeri
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
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Riparazione del DNA nelluomo
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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
linabilità ad operare il taglio iniziale che
porta alla eliminazione del dimero di timina ed
alla sua riparazione.
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Origine delle mutazioni spontanee
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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 lintensità delle radiazioni
naturali e quindi hanno piccola responsabilità
nella determinazione delle mutazioni spontanee.
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Carico da radiazione naturale nelluomo
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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
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Cause delle mutazioni spontanee
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La natura del processo di mutazione spontanea va
cercata allinterno della cellula e
dellorganismo.

• 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
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Elementi trasponibili (ET)
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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

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Possiamo incrementare la frequenza di mutazione?
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chimici
fisici
i mutageni
genetici
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Mutageni chimici e loro azione
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Nome comune azione, proprietà
particolari
A. AGENTI ALCHILANTI donano gruppi
alchilici ad altre molecole Gas di mostarda
(iprite) transizioni EMS etilazione
transizioni GC-AT EES etilazione
bifunzionale lega i due filamenti del DNA
provocando rotture ed aberrazioni. NTG deaminaz
ione
B. ANALOGHI DI BASE incorporati durante la
replicazione 5-BU analogo della timina
transizioni per tautomeria 5-BrDU analogo della
adeninatransizioni per tautomeria 2-AP transizi
oni per tautomeria
C. COLORANTI ACRIDINICI intercalanti, distorcono
la struttura del DNA alla replicazione si ha
linserzione o la delezione di una o più
basi Proflavina sfasamento del modulo di
lettura Arancio di acridina sfasamento del
modulo di lettura
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ClB test per la selezione di mutazioni X-linked
indotte in D.melanogaster
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P
X
ClB
F1
ClB
? ClB
?
Letale
Reincrocio
X
? ClB
ClB
?
?
ClB
Letale
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Azione mutagena dei raggi X
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• il numero delle mutazioni legate al sesso aumenta
  linearmente
• con la dose somministrata
• il numero di mutazioni è cumulativo

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Incrocio disgenico promuove la mobilizzazione
dellelemento trasponibile P
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conseguenze - sterilità - alta frequenza di
mutazioni - alterazioni cromosomiche - non
disgiunzione
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