Biologia animale 4

>>METILAZIONE DEL DNA

Enzimi normalmente detti DNA METIL TRASFERASI trasferiscono un gruppo metilico al DNA.

Normalmente attaccano un gruppo metile CH quando in una sequenza di DNA trovano una serie

3

di doppiette dette CpG (citosina fosforo guanina) CG stanno nello stesso filamento di DNA non

opposte sui due filamenti. Il gruppo metile è attaccato alla citosina formando 5-metil-citosina.

Le CpG island si trovano spesso in regioni non codificanti al 5’ dei geni dove si trovano le

sequenze dei promotori e quando la DNA-METIL-TRASFERASI attacca un gruppo metile alla

citosina la trascrizione viene repressa, il gene risulta silenziato. Quando il gene è ipermetilato

esso viene disattivato. I geni metilati richiamano la ISTONE DEACETILASI HDAC che

condensa la cromatina e impedisce la trascrizione.

Anche la metilazione dell’istone H3 è un fenomeno che porta al silenziamento genetico.

>>ACETILAZIONE DEGLI ISTONI = proteine che fanno parte del core del nucleosoma attorno

al quale il DNA si avvolge due volte per formare la collana di perle.

Gli istoni hanno caratteristica di contenere una serie di molecole di lisina, amminoacido carico

positivamente, flessibili che sporgono dalla loro porzione globulare. In virtu’ della carica

positiva, le lisine interagiscono con i gruppi fosfato del DNA e favoriscono il

COMPATTAMENTO della cromatina.

Le lisine possono essere reversibilmente acetilate e deacetilate da enzimi specifici;

l’acetilazione neutralizza la carica positiva eliminando l’interazione con il DNA e rendendo meno

compatto il DNA. L’acetilazione degli istoni decondensa il DNA e quindi FAVORISCE la

trascrizione genica. Quando la lisina viene acetilata si attacca un gruppo acetile ch3cooh

all’estremità N-terminale, a NH3+ togliendogli la sua carica. L’enzima che lo lega si chiama

ISTONE ACETIL-TRANSFERASI.

Gene Oncosoppressori: la proteina di quel gene impedisce la proliferazione. In molti tumori

questi geni risultano silenziati e di conseguenza (perché vengono deacetilati) la proteina non

viene prodotta. Quindi le HDAC possono essere considerate dei target di composti antitumorali.

90

Alcuni inibitori delle HDAC sono composti antitumorali perché, favorendo l’acetilazione,

aumentano l’espressione di geni oncosoppressori che normalmente sono silenziati nei tumori.

Alcuni farmaci sono inibitori degli istoni deacetilasi. Il DNA risulta acetilato e il gene

oncosoppressore viene copiato e prodotto in proteina

L’insieme delle acetilazioni, metilazioni, fosforilazioni istoniche rappresentano il CODICE

ISTONICO.

Gli eventi epigenetici sono tipici della vita embrionale e sono stati creduti irreversibili. Durante

la vita embrionale vengono inattivati geni che alla cellula nervosa non serviranno mai per tutta

la sua vita come il gene delle globine, questo gene viene altamente metilato. Negli eritrociti

invece i promotori dei geni delle globine sono quasi per niente metilati, ipometilazione. Si

pensava che una volta stabilito il livello di metilazione a livello embrionale esso non cambiasse

più, le cellule mantenevano una memoria epigenetica. Ora sappiamo che non è vero che non può

essere modificato l’asseto epigenetico nelle cellule adulte. Fattori comportamentali e ambientali

possono influenzare il controllo epigenetico di un organismo. Modificare l’assetto epigenetico.

Modificazioni epigenetiche nel feto possono essere dovute a stress severo, tossine

nell’ambiente in cui vive la madre, nutrizione. Una volta sviluppato durante la vita non è detto

che questo assetto rimanga così com’è: ci sono fattori che lo vanno a influenzare: come sostanze

chimiche, nutrizione, i Pm10 possono modificare l’assetto epigenetico.

MECCANISMI DI RIPARAZIONE DEL DNA

Nonostante le modificazioni casuali create ogni giorno nel DNA di una cellula umana da incidenti

metabolici, sono pochi i cambiamenti stabili (mutazioni) nella sequenza del DNA di una cellula

tipica. Meno di un cambiamento accidentale su mille nel DNA provoca una mutazione, il resto

viene eliminato con notevole efficienza dai meccanismi di riparazione del DNA. Esistono

numerosi meccanismi di riparazione, ciascuno catalizzato da una serie diversa di enzimi. Questi

meccanismi dipendono dall’esistenza di due copie dell’informazione genetica, una su ciascun

filamento della doppia elica del DNA: se la sequenza di un filamento viene cambiata

accidentalmente, l’informazione non è persa in quanto resta nella sequenza dei nucleotidi del

filamento complementare. La sopravvivenza di una specie può essere migliorata mediante

cambiamenti genetici, ma la sopravvivenza dell’individuo richiede stabilità genetica. Il

mantenimento della stabilità genetica richiede non solo un meccanismo accurato per replicare il

DNA, ma anche meccanismi per riparare le lesioni accidentali che avvengono nel DNA. I processi

di riparazione del DNA solo raramente falliscono, portando ad un cambiamento permanente nel

DNA (mutazione). Una mutazione può essere fatale per un organismo se il cambiamento avviene

in un punto vitale della sequenza del DNA. Nella maggior parte dei casi avvengono in cellule

somatiche e non spermatiche o uova quindi non vengono trasmessi alla progenie. (nella fase G1

p53 controlla che il DNA non sia danneggiato, in caso blocca il ciclo cellulare e conduce all’apoptosi).

Danni al DNA più frequenti: - depurinazione – deaminazione, entrambi insorti spontaneamente

- formazione di dimeri di pirimidina timina indotti da luce ultravioletta, in risposta a mutageni.

La prima proteina che interviene è la stessa DNA POLIMERASI che lavora nella sintesi di un

nuovo filamento di DNA utilizzandone uno stampo. Legge le basi azotate del filamento stampo

91

e ne crea uno nuovo con le basi complementari. A volte sbaglia complementare accorgendosi

subito e funge da correttore di bozze grazie alla sua attività esonucleasica 5’-3’ e ricomincia a

leggere il filamento andando avanti. La DNA polimerasi svolge la sintesi da translesione, ovvero

la sintesi di un nuovo DNA in regioni nelle quali lo stampo è danneggiato, sintetizzando nuovi

filamenti di DNA in cui l’errore è stato rimosso. Una volta passato il macchinario di replicazione

del DNA, gli errori rimasti o insorti successivamente diventano la sede di azione di un diverso

gruppo di enzimi e proteine facenti parte del meccanismo di RIPARAZIONE PER ESCISSIONE.

Schema generale del meccanismo di riparazione dei danni al DNA:

1)La porzione alterata di un filamento danneggiato di DNA è riconosciuta e asportata da enzimi

specifici: ENDONUCLEASI DI RIPARAZIONE DEL DNA che tagliano lo scheletro di DNA nelle

adiacenze del sito danneggiato, reclutati da proteine di riconoscimento. Essi idrolizzano i legami

fosfodiestere che uniscono i nucleotidi danneggiati al resto della molecola del DNA, altri enzimi

facilitano l’allontanamento di uno o più nucleotidi, lasciando una interruzione. Vi è la differenza

tra RIPARAZIONE PER ESCISSIONE DELLE BASI e RIPARAZIONE PER ESCISSIONE DEI

NUCLEOTIDI.

2) La DNA polimerasi riempie l’interruzione allungando l’estremità 3’ del filamento interrotto

facendo una copia dell’informazione conservata del filamento buono.

3)La DNA ligasi sigilla la rottura che rimane dopo l’azione della DNA polimerasi.

<-errore limitato che coinvolge

una base, C deaminata.

Individuate da DNA glicosilasi

specifiche, rimosso lo zucchero

fosfato da endonucleasi AP e

fosfodiesterasi che riconosce la

depurinazioni. La DNA polimerasi

aggiunge nuovi nucleotidi e il loro

legame è catalizzato dalla ligasi.

Errore che coinvolge più basi, ->

dimero di pirimidina, interviene

una endonucleasi a tagliare lo

scheletro in due punti. Un’elicasi

si lega al tratto di DNA tra i due

tagli e lo svolge staccandolo dal

resto del DNA. Una DNA

polimerasi introduce i nucleotidi

mancanti e una ligasi ripristina l’integrità del filamento. 92

I MUTAGENI sono:

- fisici come radiazioni non ionizzanti (raggi UV) e radiazioni ionizzanti. Possono causare

alterazioni della struttura del materiale genetico per effetto diretto delle radiazioni del DNA

o per effetto indiretto dovuto alla produzione di ioni e radicali liberi a carico di altri componenti

cellulari. Tipo di danno: rottura di uno o entrambi i filamenti di DNA, eliminazione di basi, legami

tra basi azotate all’interno di un filamento DIMERI DI TIMINA. Se questo è un gene coinvolto

nella proliferazione della cellula che controlla la sua proliferazione non lo controlla più e può

iniziare a proliferare in modo incontrollato. Si genera spesso a livello melanocetico della pelle

che si trasformano in cellule di melanoma-> controllo delle abbronzature sia naturali che

artificiali. Melanoma: tumore che si sta sviluppando con incidenza maggiore in individui femmine

giovane.

Radiazioni ionizzanti: raggi X. Essi non vanno direttamente a danneggiare DNA ma danneggiano

componenti della cellula inducendo la formazione di ioni nel citoplasma (o radicali liberi) i quali

non sono stabili e possono entrare nel nucleo danneggiando il DNA.

- chimici come agenti alchilanti che legano all’acido nucleico un gruppo alchilico (metile o etile),

alterano le basi causando appaiamenti errati; o agenti intercalanti molecole chimiche di grosse

dimensioni che si inseriscono fra le basi azotate non facendo riconoscere alla DNA polimerasi

la base azotata e ne mette una a caso, causano inserzioni e delezioni.

Errori spontanei

Depurinazione: ho un filamento di DNA. La guanina o adenina che è una purina si stacca per

• idrolisi spontanea del legame glicosidico che la lega al desossiribosio. Nel filamento di DNA ho

questo nucleotide fosfato zucchero che non ha più la base attaccata. Se non viene sistemato

la DNA polimerasi quando torna vede che manca una base e attacca una base a caso che se la

attacca giusta bene, se no ci sarà una mutazione nel nuovo filamento.

Deaminazione. La citosina perde nh2 diventando uracile tipico del RNA. È una reazione di

• idrolisi causata dalla collisione di una molecola di acqua con il legame che lega il gruppo

amminico della base all’anello pirimidinico o purinico.

EFFETTO DI MUTAZIONI PERMANENTI

L’mRNA che contiene codoni mutati.

-MUTAZIONE MISSENSO: si forma un codone mutato che codifica per un amminoacido

differente. Ho una tripletta con una mutazione: CTC -> GAG richiama acido glutammico, se ho

CAC ->GUG un codone diverso che richiama valina quindi nella proteina avrò un amminoacido

diverso.

La sostituzione di una coppia di basi può creare una mutazione non stop che converte un codone

di stop in un codone che codifica per un amminoacido, al contrario si ha una:

-MUTAZIONE NON SENSO: si forma un codone per amminoacido in un codone stop. Il

processo di tra