Genetica: parte due

GU GU

AG AG

AG UG GU

Ovviamente, l’exon skipping provocherà una mutazione nella proteina che verrà poi tradotta a partire da questo mRNA, perché

ovviamente mancheranno tutti gli amminoacidi che saranno codificati dall’esone 2; inoltre, se l’esone 2 dovesse essere

composto da un numero non multiplo di 3 nucleotidi, anche tutti gli amminoacidi che in sequenza vengono dopo, non verranno

codificati in maniera corretta perché si verificherà lo scivolamento della chiave di lettura.

Al contrario, se l’esone 2 dovesse essere composto da un numero multiplo 3 nucleotidi, in realtà la proteina potrebbe risultare

ancora funzionante o parzialmente funzionante.

- Intron retention: un altro tipo di mutazione potrebbe avvenire ad esempio con la transizione, con la quale una purina viene

sostituita con un’altra purina o una pirimidina con una pirimidina.

Ad esempio, se prima della giunzione introne/esone (AG/GU), sull’introne fosse presente ad esempio GG e per transizione la C

venisse sostituita con A, ci sarebbe la formazione di un altro dinucleotide AG, oltre a quello presente nella giuntura.

Questa mutazione quindi, porterebbe un allungamento dell’esone, il quale incorporerà uno dei due dinucleotidi AG (ovvero

quello presente nella giuntura), con la formazione di un nuovo sito di splicing sul nuovo AG appena formato.

In sostanza quindi, parte dell’introne non verrà eliminata, perché i nucleotidi che si trovano tra il nuovo e il vecchio sito di

splicing, saranno inseriti nell’esone e quindi andranno a far parte del trascritto di mRNA maturo.

GU GU

GU

GU AG GU AG AG

GU

GU GU

GU U

CLASSIFICAZIONE DELLE CAUSE DI MUTAZIONE

Innanzi tutto, possiamo fare una prima distinzione, dicendo che le mutazioni geniche (o puntiformi), possono generarsi

spontaneamente oppure possono essere indotte.

- Le mutazioni spontanee: sono mutazioni che avvengono naturalmente e si verificano in tutte le cellule.

- Le mutazioni indotte: sono mutazioni causate dall’azione di alcuni agenti, chiamati “mutageni”.

In particolare, nella maggior parte dei casi, queste mutazioni possono essere causate da:

- Errori della replicazione.

- Errori durante il crossing-over.

- Sostanze chimiche

- Radiazioni ionizzanti

- Raggi X

- Elementi genetici trasponibili (trasposoni).

Inoltre, in base al tipo di cellula che subisce la mutazione, possiamo distinguere:

- Mutazioni somatiche: avvengono appunto nelle cellule somatiche e non vengono trasmesse alla progenie.

- Mutazioni germinali: avvengono nelle cellule germinali, quindi possono essere trasmesse alla progenie.

COME AVVENGONO LE MUTAZIONI

1- Mutazioni indotte da raggi UV: la mutazione tipica indotta dai raggi ultravioletti è sui dimeri di timina (TT), ovvero i punti del

DNA in cui sono presenti due timine ed ovviamente sul filamento complementare saranno presenti due adenine (AA).

In particolare, la radiazione UV, crea quello che viene chiamato dimerizzazione della Timina, ovvero le due timine invece di

complementare con le due adenine, tendono a complementare tra di loro; in questo modo si verifica un cosiddetto “mismatch”

ovvero una mancanza di appaiamento, il quale genera una sorta di bolla tra i due filamenti del DNA.

Questa bolla può essere riparata in vari modi:

- Tramite un enzima che riconosce il dimero di Timina e provvederà ad eliminarlo; in sostanza quindi, si verifica quella che viene

chiamata escissione di nucleotidi.

La riparazione per escissione di nucleotidi è un processo complesso che richiede decine di proteine; nonostante ciò può essere

diviso in quattro fasi:

- Riconoscimento delle basi danneggiate.

- Assemblaggio di un complesso multiproteico in corrispondenza del sito mutato.

- Taglio e rimozione di diversi nucleotidi del filamento, a monte e a valle del sito mutato.

- Uso del filamento non danneggiato come stampo per la DNA polimerasi per riparare e ripristinare il filamento

danneggiato; seguito dall’azione della ligasi che provvederà a legare i due filamenti.

- Tramite la fotoriattivazione, ovvero un sistema naturale che utilizza la luce bianca (luce solare).

In particolare, mentre la luce ultravioletta tende a creare questi dimeri di timina, la luce bianca al contrario, tende a ripristinare

le due timine.

- Riparazione SOS: ci sono processi di riparazione che si sono evoluti per impedire il verificarsi di esiti più gravi come ad esempio

la morte cellulare che potrebbe essere causata proprio da un danno al DNA che non viene riparato.

Uno di questi processi, viene chiamato sistema SOS; il nome deriva proprio dal fatto che è un sistema indotto come risposta di

emergenza per impedire danni più gravi, di conseguenza è un meccanismo di ultima scelta che permette alla cellula di

sopravvivere ma ovviamente con errori e quindi mutazione.

In particolare, questo sistema di riparazione non riconosce perfettamente qual è il filamento danneggiato, di conseguenza

elimina parte della bolla presente sul filamento corretto e in seguito lo richiude; tuttavia, siccome il dimero di timina presente

sul filamento danneggiato, si trova anch’esso nella bolla, non può fungere da stampo per i nucleotidi da inserire, di conseguenza

questi ultimi verranno inseriti a caso.

A questo punto verranno eliminati anche i dimeri di timina (TT) presenti sul filamento danneggiato ed anche in questo caso in

seguito verrà ricostruito il filamento.

2- Mutazioni indotte da raggi X: anche i raggi X possono indurre mutazioni però, a differenza delle radiazioni ionizzanti (come i

raggi UV), i raggi X sono molto più potenti infatti, non rompono mai il singolo filamento ma al contrario rompono entrambi i

filamenti.

In particolare, queste mutazioni a doppio filamento indotte dai raggi X, sono sempre in qualche modo riconosciute dal sistema

di riparazione del DNA, che agisce fondamentalmente in due modi:

- Ricombinazione omologa: se la rottura del doppio filamento avviene dopo la replicazione cromosomica, il danno può essere

corretto da questo meccanismo che non è soggetto ad errori.

Esso usa i cromatidi fratelli o i cromosomi omologhi come stampi per garantire la corretta riparazione; di conseguenza si verifica

una sorta di crossing-over.

In sostanza quindi, si verifica una cessione del segmento complementare da parte del cromatidio fratello, il quale verrà

utilizzato per ricostruire il filamento di DNA.

- Riparazione non omologa: è simile alla ricombinazione omologa, tuttavia, il danno viene riparato utilizzando un cromosoma

non omologo, di conseguenza questo meccanismo produce una sorta di ricombinazione tra cromosomi diversi.

In sostanza quindi, questo meccanismo è soggetto ad errori, in quanto si viene a produrre una mutazione cromosomica

strutturale.

3- Mutazioni indotte da trasposizione: nelle lezioni precedenti, abbiamo visto che in alcuni casi, sono presenti degli elementi

mobili in grado di staccarsi dal genoma per poi essere trasferiti in altri assetti cromosomici; questo avviene ad esempio con il

fattore F dei batteri ma situazioni simili possono avvenire anche negli eucarioti.

In particolare, è stato scoperto che questa “mobilità” è data in quanto questi elementi sono situati in segmenti di DNA mobili,

che prendono il nome di trasposoni.

Molto probabilmente, questi trasposoni, sono degli ex virus che in passato hanno infettato il genoma delle cellule e con il

tempo si sono integrati, mantenendo comunque la capacità di uscirvi.

I trasposoni quindi, sono segmenti di DNA in grado di entrare e di uscire dal genoma; in particolare, essi alle estremità

presentano sempre due sequenze specifiche (ATGGC e GCCAT) le quali sono capaci di complementare tra loro, in modo da

promuovere l’entrata e l’uscita dalla cellula.

Oltre alle sequenze specifiche, essi presentano anche particolari geni chiamati geni per la trasposizione, i quali sotto

determinati stimoli, come ad esempio sostanze mutagene, inducono la trasposizione.

Il tutto avviene in questo modo:

- Innanzi tutto il DNA deve aprirsi e questo ovviamente può avvenire a causa della replicazione, della trascrizione oppure perché

ad esempio viene a formarsi una bolla di denaturazione.

- A questo punto, quando il DNA andrà a richiudersi, la chiusura potrà avvenire in maniera sbagliata perché le due sequenze

complementari del trasposone, potranno unirsi tra di loro, determinando così la formazione di una sorta di bolla.

- A questo punto, affinché il processo (di replicazione o trascrizione che sia) possa continuare, interverranno degli enzimi per

poter eliminare questa bolla, determinando così l’escissione del trasposone.

- Il trasposone una volta escisso, mediante le sequenze complementari si chiuderà, formando così un anello a singolo filamento.

- Detto ciò, in seguito, questo anello mediante le sue sequenze, potrà riconoscere un altro punto di complementarietà nel

genoma ed inserirsi così nel nuovo sito.

In particolare, questi elementi trasponibili, negli eucarioti possono utilizzare due meccanismi distinti di trasposizione:

- Replicativo: durante l’evento di trasposizione avviene una replicazione, mediante la quale è prodotta una nuova copia

dell’elemento trasponibile.

Il risultato della trasposizione è che una copia resta nel vecchio sito e una nuova copia viene inserita nel nuovo sito.

- Conservativo: durante l’evento di trasposizione, non avviene nessuna replicazione.

Il risultato della trasposizione è che l’elemento viene escisso dal cromosoma ed integrato nel nuovo sito, proprio come

un “taglia e incolla”.

N.B. ovviamente entrando e uscendo dal DNA, i trasposoni determinano mutazioni.

VARI TIPI DI MUTAZIONE IN BASE AL FENOTIPO CHE SI MANIFESTA

- Mutazione genica: evento per cui un gene si trasforma da una forma allelica ad un’altra e il nuovo allele è ereditato secondo le

leggi di Mendel.

- Retromutazione: mutazione da un allele anormale ad un allele standard.

Non è detto che la seconda mutazione corregga la prima mutazione, ma sicuramente corregge la funzione.

- Mutazione morfologica: mutazione che si esprime in un’alterazione della forma dell’organismo.

- Mutazioni letali, subletali, detrimentali: mutazioni che determinano la morte, la bassissima sopravvivenza o il

danneggiamento dell’organismo.

- Mutazioni condizionali: mutazioni il cui fenotipo si manifesta solo in particolari condizioni ambientali.

- Mutazioni biochimiche: mutazioni che determinano la perdita o il cambiamento di un passaggio biochimico.

- Mutazioni nutrizionali: mutazione per cui microrganismi passano da un genotipo standard con cui è possibile la crescita con

terreno minimo (prototrofi) a un nuovo genotipo in cui è richiesta la somministrazione supplementare di specifiche sostanze

(auxotrofi).

- Mutazioni per resistenza: mutazioni che deter