Lezioni, Mutagenesi Ambientale

MUTAGENESI AMBIENTALE

Prof. Roberto Scarpto Lezioni e esercitazioni in laboratorio 16 monografici testo: "Mutagenesi ambientale" ed. Zanichelli 01/10

Def. di AMBIENTE

Per i mutagenetisti: AMBIENTE = tutto ciò che non è genetico.

Un prodotto (ambiente) = modificabile. L'ambiente può incidere sulla salute degli organismi.

• NB inquinamento è contaminazione
• bisogna considerare il concetto di base, l'inquinamento ha due accezioni:

Molte interpretazioni del termine (es. ambiente), in funzione dell'ente, dell'approccio ecc.

ETIOLOGIA AMBIENTALE

Studio delle relazioni tra ambiente e patologie umane.

Dall'organizzazione mondiale della sanità (World Health Organization WHO), grafico generico della incidenza dell'ambiente sulla salute umana (ns = genico, bisogna localizzare l'indagine!)

• eziologia ambientale 23%
• altra eziologia 76,5%

Analisi di una patologia: CARCINOMA RENALE (RCC)

L'incidenza è molto più alta nei paesi industrializzati.

Dimostra che un grafico mondiale è molto generico; diminuendo l'area d'indagine si nota che nei paesi industrializzati l'eziologia ambientale aumenta. (Importanza dell'area geografica)

Def. Esporoma: altro modo di contestualizzare il concetto di: AMBIENTE ampliando anche all'interno

Ricorda: le funzioni geniche possono essere regolate, prescindendo dalle alterazioni del DNA; questi sono meccanismi epigenetici. (Il dna non viene modificato).

Un esempio di meccanismo epigenetico è la regolazione del differenziamento cellulare nei vari distretti del feto.

Partendo da cellule tutte uguali (il DNA è lo stesso per tutte!) per arrivare a cellule specializzate in base alla funzione.

Le funzioni epiche vengono regolate (represse o attivate) in base al destino delle cellule da meccanismi epigenetici.

NB: il DNA è ado (identico in tutte le cellule), mentre gli epigenomi sono numerosi.

L’ambiente è in grado di modificare l’epigenoma, anzi l’epigenoma è meno protetto del genoma, poiché nel corso dell’evoluzione si sono creati dei meccanismi di riparazione e regolazione del DNA (es. metilazione e compattazione).

Nell’epigenoma, ad oggi, non sono stati scoperti meccanismi di riparazione.

Def: genomom = mutazioni, epigenoma = optamizzazione.

Accenni alla materia: tossicologia

Determina le dosi che possono essere somministrate senza recare danno.

La mutagenesi è una sottobranca della tossicologia, intesa come materia di studio.

Agente tossico = agente o sostanza che causa variazioni individuabili in un sistema biologico.

Paracelso ha perfezionato la definizione di agente tossico:

"Sola dosis facit venenum"

La definizione rimane la stessa, ma in funzione della dose (aspetto quantitativo). es. sale e zucchero: spesso questi componenti, nella conservazione vengono usati a elevato dosaggio con funzione battericida (es. marmellate, conserve, prodotti sotto sale).

LA MUTAZIONE

Def: qualsiasi cambiamento PERMANENTE del materiale genetico trasmissibile alla generazione successiva.

NB: mutazioni = danno al DNA (può essere corretto dai sistemi di riparazione specifici).

RICORDA:

• Le mutazioni possono avvenire SPONTANEAMENTE
• In qualsiasi momento del CICLO CELLULARE con differenti conseguenze
• Le mutazioni sono CASUALI (in linea di principio in qualsiasi tratto del DNA), anche se esistono degli HOTSPOT
• Le mutazioni hanno permesso la VARIABILITÀ GENETICA che è alla base dell’evoluzione

SOMATICA: la cellula somatica mutata trasmette la m. alle cellule figlie, se m. coinvolge ciclo proliferativo →=> CANCEROGENESI (confinata all’individuo)

GERMINALE: la mutazione è allo zigote, la mutazione si trasmette alla generazione successiva entro nuclei, e non come nelle cellule figlie → uso la patologia si diffonde di generazione in generazione)

mutazione SILENTE: non cambia la funzione genica perché

non cambia amminoacido

cambia la funzione genica

perché

in DNA non codificante

LOSS OF FUNCTION: riduzione o perdita completa

GAIN OF FUNCTION: aumento →=> effetto benefico →=> evoluzione

Tipi di mutazioni:

• GENICA o PUNTIFORME: nella sequenza nucleotidica, sostituzioni di basi o frameshift (inversione, duplicazioni, delezione). Possono riguardare una (in. puntiformi) o poche basi.
• CROMOSOMICA: nella struttura dei cromosomi (solo negli organismi che la hanno, non batteri)
• GENOMICA: nel numero dei cromosomi

GAP

Def. Il GAP è una regione acromatica lungo un cromatidio o entrambi i cromatidi del cromosoma con estremità allineati e non troppo distanti.

è quindi presente un discontinuità cromatica (porzione con meno colorante dove è il gap); indica che si tratta di un SSB (perché sono ancora allineati e poco distanti).

ROTTURE DEL CROMOSOMA (BREAK)

Se si forma un DSB → rottura del cromosoma.

Il BREAK (rottura) si ha quando le due estremità a valle e a monte del DSB non hanno più nulla in comune → una porzione del cromatidio o del cromosoma è "libera" di muoversi autonomamente → detta rispettivamente frammento cromatidico/cromosomico.

Possibili azioni dei frammenti: in breve, ma più distanti, non vi sono ; persi (distruzione o terminati). Oro. frammento cromosomico : due frammenti rimangono vicini od opporti al preciso potere.

Perdita cromosomica

def. anomalìa o analfabetica (cellula in ritardo migratorio durante l'anafase)

Possibile causa del ritardo → distacco accidentale delle fibre del fuso o perdita.Il fenomeno è poco frequente.

NB: il crossing-over favorisce una corretta disgiunzione degli omologhi.I cromosomi sessuali sono più soggetti alla non disgiunzione poiché il crossing-over ha sede sulle regioni pseudocromosomali (di dimensioni ridotte). Tra i cromosomi autosomici, i più soggetti sono i più piccoli poiché formano meno crossing-over.

Fine slide Lez. 2

Destino di una lesione al DNA

ACHTUNG! Mutazioni (permanenti) ≠ lesioni (riparabili)Si può spiegare quanto sopra, una possibile sequenza temporale potrebbe essere:Lesione al DNA → arresto del ciclo cellulare → riparazione, dopodiché la cellula può avere 2 destini:1) la riparazione è andata a buon fine → cellula normale (conserva prova della lesione)2) la riparazione non avviene, o avviene in modo errato → la lesione diviene PERMANENTE → solo adesso si può parlare di mutazione.Replicazione e segregazione dei cromosomi (mitosi) → propagazione: quindi devono avvenire fedelmente!

DSB

È la lesione più difficile da riparare e di conseguenza la più pericolosa → può dare inizio alla cancerogenesi se non riparata.

In SSB un elica del DNA diventa SSB dopo un ciclo replicativo, se non riparata. I DSB però permettono la combinazione tra omologhi o non alla base della biodiversità, dove emerge un sistema di riparazione.

Possibili sequenze: si forma il DSB, blocco della replicazione, collasso della forca replicativa, unione dei 2 filamenti. Si forma il DSB ed è il via al processo ricombinativo, la replicazione post-replicativa può: l’altro filamento prosegue la duplicazione normalmente.

Il meccanismo che permette la ricombinazione degli omologhi è lo stesso di riparazione in caso di DSB, unica condizione necessaria è che il DNA deve essere duplicato.

Risposta al danno al DNA (DDR)

È molto complessa.

1. Riconoscimento del danno da parte delle 3 proteine MRN, che ritornano dove c’è il DSB;
2. ATM (o ATR) è un sensore, fosforila l’istone H2AX nella posizione della serina 139, il che fa da segnale agli enzimi della riparazione.

NB: quando non c’è l’ase l’istone H2AX è completamente defosforilato; anche quando viene riparato il DSB, l’istone H2AX viene defosforilato.

Come viene riparato il DSB? Se dopo la duplicazione → ricombinazione omologa; se prima prima → ricombinazione non omologa.

Ricombinazione omologa (HR): quando? Tarda S o in G2 → il DNA è duplicato, il cromatidio fratello funge da stampo ed è error-free.

Ricombinazione non omologa (NHEJ): quando? G1 e inizio fase S, il DNA non è ancora duplicato → ricombinazione non omologa, ACHUNG! È error prone perché non ha stampo.

Single Strain Annealing (SSA)