Appunti di Biologia e genetica sulle mutazioni puntiformi

MUTAZIONE PER SOSTITUZIONE MISSENSO

↪ Nell’esempio si nota nella sequenza selvatica la tripletta AAA che si trasforma

per mutazione della prima base in GAA, che

codifica però per il glutammato (il quale ha

diverse caratteristiche chimico-fisiche rispetto

alla lisina e quindi potrebbe comportare una modificazione nella funzionalità della

proteina prodotta). In questo caso si avrà una vera e propria variante allelica che ha

effetto sul fenotipo perché si andrò a produrre nell’organismo mutato una sequenza di

DNA che codifica per una proteina che si comporta in maniera diversa e che quindi

produrrà effettivamente un fenotipo diverso da quello selvatico. Le mutazioni

missenso sono quindi quelle evolutivamente più impattanti perché al contrario delle

altre due producono un fenotipo diverso da sottoporre alla selezione naturale. Un

esempio di mutazione missenso è quella che porta all’anemia falciforme. Questa

prevede la sostituzione di un amminoacido, il glutammato in posizione 6, carico

negativamente, con una valina sempre in posizione 6, a causa di una sostituzione

puntiforme che porta GAG a GTG. Glutammato e valina sono due amminoacidi

biochimicamente molto diversi, forse nel modo più impattante per quanto riguarda la

struttura della proteina, perché il glutammato è carico mentre la valina è apolare e

idrofobica, e quando ci sono degli amminoacidi apolari sappiamo che questi

guideranno il folding, l'organizzazione della proteina, in modo diverso perché si

creeranno delle criticità tutte le volte che questo si trova esposto sulla superficie della

β

proteina a contatto con l'acqua. Nel caso dell’emoglobina mutata infatti la valina

che si troverà esposta in superficie, invece di rimanere da sola, andrà ad attaccarsi a

β

altre valine di altre globine mutate per mantenersi in una zona apolare, formando

quindi una lunga struttura fibrillare che precipita nel citoplasma, non rimane in

soluzione, e che determina proprio la modificazione strutturale del globulo rosso che

assume il tipico aspetto a falce.

MUTAZIONE PER SOSTITUZIONE NON-SENSO

↪ Questo tipo di mutazione trasforma un codone da codificante (a cui corrisponde

un amminoacido) a codone di stop, impattando fortemente il prodotto proteico visto

che la traduzione verrà interrotta prima, a livello della mutazione, con la produzione di

una proteina tronca. L’effetto fenotipico indubbiamente ci sarà ma dipende dove

avviene la mutazione. Se la mutazione non-senso avviene nella porzione più verso il

5’ dell’ORF, all’inizio della cornice aperta di lettura, è chiaro che la proteina tronca sarà

molto corta e sicuramente la proteina mutata non avrà le funzioni di quella originale,

se invece la mutazione avviene più verso il 3’, andrà a mancare una piccola porzione

carbossi-terminale e quindi la proteina tronca sarà un po’ meno lunga dell’originale ma

potrebbe anche funzionare (seppur con una cinetica diversa…) visto che la catena

proteica è stata quasi tutta sintetizzata.

MUTAZIONE PER SOSTITUZIONE DA ALLUNGAMENTO

↪ Il caso opposto è molto raro ed è la mutazione da allungamento: è il codone di

stop che viene mutato in un codone codificante per un amminoacido, quindi la

traduzione procederà allungando la proteina con gli amminoacidi corrispondenti ai

codoni presenti nella regione 3’UTR. Ciò normalmente non ha grande impatto per due

ragioni: in primis si ha comunque la sintesi di tutta la sequenza necessaria per la

proteina corretta, semmai si aggiunge un pezzo in più, che potrebbe gravare un po'

per la funzionalità ma comunque potrebbe funzionare, inoltre nella regione 3’UTR a

seguito del primo codone di stop, quello che interrompe l’ORF, se ne susseguono molti

quindi l’allungamento è spesso molto breve e riguarda un numero limitato di

amminoacidi.

INSERZIONI E DELEZIONI: MUTAZIONI FRAMESHIFT

↪ Queste mutazioni determinano, qualora l’inserzione o la delezione riguardi un

numero di basi diverso da 3 o multiplo di 3 (si creerebbe una mutazione, ma non

cambierebbe la cornice di lettura), proprio uno scivolamento della cornice di

lettura con la produzione di una proteina totalmente diversa da quella originale a

partire dal punto della mutazione. In più, le due cornici di lettura diverse da quella

aperta (UTR) sono ricche di codoni di stop e quindi è assolutamente probabile che si

venga a formare una piccola serie di amminoacidi

che si interrompe subito, una proteina tronca con

un impatto fenotipico gravoso proprio perché la

cornice cambia completamente.

3.1.3. Classificazione delle mutazioni puntiformi sulla base dell’effetto

sul fenotipo

In base all’effetto sul fenotipo si hanno mutazioni puntiformi in avanti e

all’indietro.

MUTAZIONI IN AVANTI

↪ Si parte da una condizione selvatica, quindi da un allele che nella popolazione è il

più abbondante, se non l’unico, ma con una mutazione si crea un allele nuovo, quindi

è definita in avanti proprio perché causa un cambiamento genotipico in direzione dal

selvatico al mutante, crea quindi qualcosa che prima non era presente, una variabilità

genetica in più.

MUTAZIONI ALL’INDIETRO

↪ Sono mutazioni che avvengono su un allele già colpito da una prima mutazione

in avanti, azzerano quindi l’avanzamento ritornando ad un allele selvatico oppure

creando comunque un altro allele più vicino al fenotipo selvatico. Possono essere di 2

tipi sulla base di come riportano all’indietro questo fenotipo:

1) Per reversione: sono mutazioni all’indietro che avvengono nello stesso nucleotide

precedentemente interessato dalla mutazione in avanti, causando un cambiamento

genotipico in direzione dal mutante verso il selvatico. Queste reversioni possono

essere vere reversioni, quando quel nucleotide mutato in avanti viene riportato ad

essere quello originario, riportano quindi a codificare per lo stesso amminoacido e si

→ →

ritorna cioè all’esatta tripletta selvatica (CUA CCA CUA), oppure possono

essere reversioni parziali, quando non si torna al codone originario, quindi allo

stesso amminoacido, ma se ne forma uno diverso, molto più simile a quello codificato

dal codone selvatico rispetto a quello mutato, con la funzionalità che viene quindi

→ →

almeno in parte ripristinata (CUA CCA CAA).

2) Per soppressione: sono mutazioni all’indietro che avvengono in un sito diverso

dal nucleotide colpito dalla prima mutazione in avanti, riducendo o eliminando

comunque gli effetti fenotipici. Possono avvenire nello stesso gene interessato dalla

mutazione in avanti, e si parla di soppressore intragenico, o addirittura in un gene

diverso, allora si parla di soppressore intergenico.

- Il soppressore intragenico può alterare un diverso nucleotide all’interno dello stesso

codone dello stesso gene interessato dalla mutazione in avanti, annullando o

→ →

riducendo gli effetti della mutazione precedentemente avvenuta (UCU UGU

AGU). Ad esempio, la soppressione della delezione di una base è l’inserzione di

un’altra base che deve avvenire all’interno della stessa sequenza ripristinando la

cornice di lettura originaria. L’inserzione non deve avvenire per forza nel punto di

delezione, tanto più è lontana tanto più saranno diversi gli amminoacidi che verranno

tradotti rispetto all’originale.

- Per capire la soppressione intergenica per prima cosa bisogna dire che le proteine

non lavorano da sole, sia in termini di complessi multiproteici sia in termini di cascata

metabolica. Immaginiamo di avere un reagente A e di doverlo trasformare in un

prodotto C attraverso diverse tappe enzimatiche: A viene trasformato in un prodotto

→

intermedio B da un enzima X e poi B viene trasformato in C da un enzima Y (A B

→ C). Supponiamo di avere una mutazione a livello dell’enzima X che lo rende meno

efficace (rappresenta la prima mutazione in avanti), questo significa che la velocità di

conversione da A a B sarà più bassa, quindi per ottenere C da A c’è bisogno di più

tempo perché X funziona più lentamente rallentando tutta la cascata. Supponiamo ora

di avere come mutazione all’indietro una mutazione del gene Y che produce un enzima

Y che funziona più velocemente. Il tempo perso per trasformare A in B dalla mutazione

in avanti viene così riguadagnato per trasformare B in C dalla mutazione all’indietro.

Alla fine, quindi, il tempo che si impiega per ottenere C da A ritorna molto più simile a

quello selvatico rispetto a quello mutato dalla prima mutazione in avanti (perché si

rallenta la prima tappa ma si velocizza la seconda).

Un esempio molto particolare di soppressore intergenico riguarda il caso in cui la

mutazione in avanti sia una mutazione di tipo non-senso (che crea un codone di stop

dove normalmente è presente un codone codificante) che porta quindi alla formazione

di una proteina tronca. In questo caso la mutazione all’indietro è la mutazione

all’interno della sequenza di un gene che codifica per un particolare tRNA, che quindi

muta nel suo anticodone il quale si trasforma in un anticodone capace di riconoscere il

codone di stop. Per cui quando il ribosoma arriva sul codone di stop della proteina

tronca e si ferma, prima che entri il fattore di rilascio, arriva questo aminoacil-tRNA

mutato che, riconoscendo il codone di stop, consente l’introduzione di un

amminoacido e perciò la prosecuzione della traduzione. La proteina risulterà

comunque mutata per un amminoacido, perché al posto di quello che doveva avere

originariamente, il cui codone è mutato nel codone di stop, ci sarà un amminoacido

diverso portato dal tRNA mutato, ma alla fine non si avrà comunque una proteina

tronca per cui funzionalmente parlando ci si avvicinerà al fenotipo selvatico.

Se c’è un tRNA mutato che riconosce il codone di stop, questo non va a impattare su

tutta la traduzione di tutte le proteine perché tutte le volte che trova quel codone di

stop lì, invece di fermare la traduzione della proteina come doveva succedere, provoca

l’allungamento? La risposta è NO perché i tRNA non solo sono tanti, una 50ina, ma in

realtà ogni singolo gene che produce un diverso tipo di tRNA fa parte del DNA

mediamente ripetuto quindi non si avrà una sola copia genica per quel tRNA ma tante,

e ognuna di queste produrrà in teoria un tRNA identico, che avrà quindi lo stesso

anticodone e si legherà allo stesso amminoacido. Se uno solo di questi geni per lo

stesso