Interazione tra geni e con l’ambiente, mutazioni

La mutazione dell'emoglobina S e gli aspetti genetici

A Aβ β(Hb Hb ) è Hb-S. Gli individui portatori (eterozigoti Hb Hb )s s A sβ β β βhanno una miscela 1:1 di Hb-A e Hb-S. Hb allele mutante.s→ βL’emoglobina S è riconducibile ad una mutazione puntiformeche porta alla sostituzione dell’acido glutammico in 6a posizione dall’estremità N-terminale del polipeptide β con l’aa neutro valina diverso ripiegamento→polipeptide β emoglobina si aggrega facilmente precipitando.→Aspetti genetici:gli eterozigoti che presentano una forma del globulo rosso intermedia sono resistenti alla malaria (maggiore▪ diffusione in territori dove la malattia è diffusa come in Africa);effetto pleiotropico un gene può influenzare diversi fenotipi (la rapida distruzione dei globuli rossi porta▪ →anemia e la formazione di aggregati porta una scarsa irrogazione dei tessuti con conseguenze).Es.: SINDROME X FRAGILE Malattia rara dovuta ad una

Mutazione in un locus sul cromosoma X. Da un punto di vista citologico si mostra come la presenza di un sito fragile sui cromosomi X che determina frequenti rotture in vitro. È la forma più comune di ritardo mentale ereditario dopo la Sindrome di Down.

La malattia è causata da ripetizioni del trinucleotide CGG nel gene FMR-1 (Fragile Mental Retardation 1), localizzato in corrispondenza del sito dell'X fragile (Xq27.3). Il gene codifica per la proteina FMRP, una RNA-binding protein coinvolta nella traduzione e attiva nelle sinapsi cerebrali regolando la funzionalità delle connessioni tra neuroni.

L'aumento delle ripetizioni è causato da uno slittamento della replicazione. Quando le ripetizioni di CGG aumentano, bloccano la produzione della proteina. Gli individui normali hanno un numero di ripetizioni della sequenza CGG da 6 a 59 (media di 29 ripetizioni). Individui con sintomi della malattia hanno da 200 a 1300 ripetizioni, mentre i genitori da

50 a 200 (si pensa che questi portino delle pre-mutazioni).

Reversioni.

Mutazione in avanti causa un cambiamento dal gene selvatico al gene mutante (A→ a).

Mutazione per reversione determina una modifica di un gene mutato agendo nello stesso sito della prima mutazione in modo che la funzione ritorni quella del gene selvatico (A a). Può essere vera o parziale.

Mutazione soppressore maschera o compensa gli effetti della prima mutazione ma non la fa revertire. È una mutazione in un sito diverso.

Soppressore intragenico: la mutazione avviene all’interno dello stesso gene ma in un sito diverso alterando un nucleotide di un altro codone e ripristinando attività della proteina (es.: reversione di mutazione frameshift).

Soppressore intergenico: la mutazione avviene in un altro gene rispetto alla prima. Gene mutato e gene soppressore devono essere presenti contemporaneamente nel genoma.

Es.: geni soppressori di mutazioni non senso: geni codificanti per tRNA che mutano per

permettere ai loro anticodoni di riconoscere anche uncodone di stop come un codificante per l'aa, il grado di reversione dipende da quanto la proteina puòriprendere la sua funzionalità.

Due questioni:

1. tRNA per tirosina (AUG) è cambiato, al posto della terminazione si inserisce una tirosina → polipeptidi più lunghi del normale;
2. I geni per tRNA sono ridondanti nel genoma. In uno è avvenuta la mutazione, gli altri hanno anticodone corretto. Metodo non molto efficiente della soppressione di non senso ma abbastanza per avere la maggior parte dei peptidi con lunghezza normale.

LEZIONE 16. Mutagenesi.

È l'utilizzo di trattamenti in laboratorio per ottenere dei mutanti. Mutagenesi ambientale fonti di mutazioni presenti nell'ambiente. → Gli agenti mutageni aumentano la frequenza delle mutazioni, possono essere chimici e fisici.

1927 Muller: raggi X in Drosophila (fisico); Stadler: raggi X e gamma in orzo (fisico); → → 1942

Auerbach: iprite (gas tossico), primo mutageno CHIMICO.→Mutageni chimici.

Si distinguono in base al meccanismo di azione:

Sostanze che si sostituiscono alle basi durante la replicazione;o es.: 5-bromouracile normalmente il 5BU che assomigli alla timina si appaia con l’adenina nel DNA; in casi rari si→ appaia alla guanina portando nel ciclo di replicazione successivo la coppia C-G invece di T-A.mutazione per transizione.

In seguito ad un secondo trattamento con 5BU le mutazioni vanno incontro a reversione.

Sostanze che reagiscono con le basi cambiandone la struttura (alterano la base così che si appaierà erroneamenteo ad un’altra);es.: Acido nitroso agente deamminante che rimuove gruppi amminici. Citosina trattata produce uracile che si→appaia con adenina (transizione da C-G a T-A) o adenina trattata porta transizione A-T G-C.

es.: Idrossilammina agente idrossilante. Reagisce con citosina che va ad appaiarsi ad adenina (transizione C-G A-→ T)

NON revertibile.es.: (Etil o) Metilmetansulfonato (MMS) forte azione mutagena e tossicità non elevata. Sono agenti alchilanti→(aggiunta gruppo metilico CH3, comporta una mutazione per transizione GC AT).→Sostanze che si legano al DNA.o Agenti intercalanti come proflavina, acridina e bromuro di etidio si inseriscono nella sequenza di DNA tra due basiadiacenti causando inserzioni/delezioni di basi mutazione frameshift.→Mutageni fisici.Raggi UV, tra 100 e 400 nm;o le basi del DNA assorbono fortemente le lunghezze d'onda dello spettro dell'ultravioletto (254-260 nm) conconseguente danneggiamento di basi (che non possono più appaiarsi). Si formano legami chimici anomali trapirimidine formazione di dimeri di timina:→ la formazione può bloccare la replicazione econseguentemente portare alla morte dellacellula.Ci sono dei meccanismi di riparo come il sistema SOS nei batteri che riescono a riprendere la replicazioneintroducendo però

numerosi errori che aumentano il tasso di mutazione. Ci sono anche enzimi che, attivati dalla luce (320-370nm), rompono i dimeri di timina. Ultimi, meccanismi di riparazione per escissione di nucleotidi che tramite l'enzima glicosilasi riconoscono il dannoe tagliano il legame tra base e DNA, tagliano lo scheletro zucchero-fosfato (endonucleasi) e inseriscono la basecorretta.

Mutazioni recessive nei geni degli enzimi di riparo: causano malattie→ Es.: Xeroderma pigmentoso: mutazione in un gene autosomico (esposizione alla luce solare causa anomalapigmentazione della pelle e insorgenza di tumori cutanei).

Raggi ionizzantio Comprendono Raggi X (tasso di mutazioni indotte dai Raggi X proporzionale alla dose) e le radiazioni emesse daglielementi radioattivi (a, β, γ). Possono penetrare nei tessuti e avere azione con:

• Danno diretto al DNA,→ Collisione con le molecole con conseguente formazione di molecole ionizzate ed eccitate (radicali liberi)→ chereazioni con

altre molecole (DNA).portanoNei sistemi biologici effetto principale è sull'acqua produzione di specie reattive (OH, O2 e H2O2) che causanodiversi prodotti di degradazione.Effetti di mutageni aspecifici, a basse dosi:Rotture a livello di un solo filamento (scheletro zucchero-fosfato) Riparo;→o Alterazioni delle basi Mutazioni puntiformi;→o Rotture su entrambi i filamenti Rotture cromosomiche.→oTest di Ames.Alcuni prodotti chimici (mutageni carcinogeni) inducono mutazioni che possono dar origine a crescita di tipo tumoraleo cancerosa.Questo test indiretto verifica la capacità cancerogena di una sostanza.LEZIONE 17, 18. Mutazioni cromosomiche.Mutazioni che interessano tratti di cromosomi. Sono variazioni della struttura o del numero dei cromosomi rispetto adun normale assetto cromosomico.Le cause sono rotture nel cromosoma dovute a: agenti esterni (radiazioni ionizzanti, virus, sostanze chimiche) o errorinella ricombinazione o elementi

trasponibili.
Nell'uomo le mutazioni cromosomiche sono presenti nella metà degli aborti spontanei e nei nati vivi con una frequenza di 6/1000.
Si classificano in: delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni. Tutte si rilevano mediante analisi citogenetica.
Analisi citogenetica.
Consiste in un'analisi al microscopio ottico che osserva le dimensioni, la lunghezza relativa delle braccia, la posizione del centromero e costrizioni secondarie (satelliti, nucleolo).
Si analizza la piastra metafasica cromosomi in metafase cellulare più condensati rispetto alla conformazione del cromosoma nell'interfase, ben si presta per osservazioni a microscopio ottico. Il cromosoma metafasico è formato da due cromatidi fratelli identici uniti a livello del centromero (struttura che regola la segregazione dei cromosomi nelle due cellule figlie).
I cromosomi eucarioti sono classificati in base alla posizione del centromero in: metacentrici (centrale), sub-metacentrici (distale), acrocentrici (più vicino all’estremità del chr) etelocentrici (in corrispondenza dell’estremità del chr) I cromosomi sono ordinati sulla base della lunghezza e della posizione del centromero nel cariotipo, con tecniche di colorazioni differenti che evidenziano regioni di diversa intensità bandeggio (consente di evidenziare anomalie cromosomiche). Bandeggio G: 1. trattamento con enzima tripsina (parziale digestione delle proteine presenti sulla fibra cromatinica); 2. trattamento con colorante Giemsa (si lega in modo diverso formando alternanza di zone chiare e scure) Le bande scure sono G positive e sono ricche di basi AT. Le bande chiare sono G negative. Bandeggio R: 1. trattamento con calore; 2. colorazione con Giemsa Le bande scure sono G positive e sono ricche di basi GC. Le bande chiare sono G negative. Bandeggio Q (colorante fluorescente sotto luce UV, Quinacrina): 1. colorazione con Quinacrina che si lega al DNA ricco in AT; osservazione con microscopio con lampade fluorescenti le bande Q corrispondono alle bande G.
Nei cromosomi si distinguono un braccio lungo (q) e uno corto (p) rivolto per convenzione verso l'alto nel cariotipo.
Dall'analisi del cariotipo possono essere fatte delle analisi grafiche dette ideogrammi (molto utile quando si vuole assegnare una posizione ad un gene). Ciascuna banda (divisa in sottobande) è identificata da un numero.
Delezione. Mancanza di un tratto di cromosoma. Può riguardare una zona intermedia o terminale del cromosoma. Si possono verificare durante l'appaiamento alla meiosi di delezioni eterozigoti (delezione in una coppia di cromosomi, ma riguarda solo uno dei due membri della coppia, cromosomi omologhi). Si verificano in due modi, con due