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Mutazioni del DNA: Appunti di Biologia cellulare

Appunti di Biologia cellulare per l’esame del professor Esposito. Gli argomenti trattati sono i seguenti: la biologia ossia lo studio della vita, gli acidi nucleotidi, la sequenza di basi che contiene l’informazione genetica, DNA e RNA, l'antiparallelismo dei filamenti.

Esame di Biologia cellulare docente Prof. S. Esposito

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paziente  ha  i  suoi  cromosomi  21  più  qualche  pezzetto  del  21  per  cui  la  quota  genica  totale  è  3  a  carico  di  

geni  cruciali  per  il  funzionamento,  perciò  è  come  se  fosse  la  trisomia.  

 

Nelle  donne  dopo  i  35  anni  può  verificarsi  una  non  disgiunzione  mitotica  perché  nel  corso  degli  anni  gli  

ovociti  subiscono  tutti  i  fattori  ambientali  e  sono  bloccati  a  un  certo  stato  della  meiosi    e  se  è  avvenuto  

qualcosa  non  procederà  in  maniera  corretta  per  cui  si  possono  avere  alterazioni  nel  numero  finale  di  

cromosomi.  

Si  può  vedere  in  gravidanza  se  ci  sono  aneuploidie,  le  più  frequenti  sono  del  21,  del  13  e  del  18  e  dei  

cromosomi  sessuali.  

Anche  molte  donne  giovani  fanno  l’amniocentesi  perché  molti  soggetti  affetti  da  sindrome  di  down  

nascono  da  donne  giovani.  

Questo  è  un  test  ke  si  fa  senza  particolari  indicazioni  di  età  e  la  ginecologa  è  la  figura  di  riferimento  per  

l’analisi  prenatali.  

Nel  laboratorio  della  prof  si  analizzano  malattie  molto  più  rare  e  spesso  causateda  anomalie  ed  aberrazioni  

non  riconducibili  a  cause  genetiche;  Ad  esempio  una  donna  ha  avuto  il  primo  bambino  deforme,  prima  

della  nascita  del  secondo  figlio  vuole  sapere  se  nascerà  deforme  ma  allo  stadio  di  feto  prima  che  sia  visibile  

la  deformazione.  

Anche  analizzando  il  bimbo  malato  e  anche  se  è  presente  una  causa  genetica  io  non  la  posso  trovare  perché  

non  so  cosa  cercare  ne  dove  cercare.  

Si  possono  cercare  aberrazioni  grossolane  ma  se  si  tratta  di  minime  aberrazioni  non  posso  far  nulla.  

E’  sempre  necessario  uno  studio  preliminare  per  individuare  le  cause  genetiche  ma  ciò  non  è  sempre  

semplice.  

Lla  maggior  parte  delle  volte  ci  troviamo  di  fronte  a  mutazioni  che  interessano  un  singolo  gene(  massimo  2  

o  3),  ciò  si  verifica  di  frequente  nelle  divisioni  cellulari,  ma  se  la  mutazione  è  incompatibile  con  la  vita  

cellulare  la  cellula  con  la  mutazione  si  perde  e  non  ci  sarà  un  grande  danno,  il  problema  è  quando  la  

mutazione  non  altera  la  sopravvivenza  cellulare  e  la  cellula  ke  porta  la  mutazione  sopravvive  e  creerà  una  

patologia  seria  nell’individuo  che  la  porta.  

Perciò  le  mutazioni  non  sono  sempre  dannose  altrimenti  la  cellula  morirebbe  da  se.  

 

Le  mutazioni  geniche  si  possono  verificare  per  2  meccanismi  

1) Errori  durante  la  replicazione  del  DNA    

2) Mancata  riparazione  del  danno  

Le  mutazioni  puntiformi  sono  le  più  frequenti  esse  causano  sostituzioni  di  singoli  nucleotidi  o  di  pochi  

nucleotidi.  

Esse  sono  evidenziate  con  tecniche  che  permettono  di  vedere  sia  un  solo  nucleotide  che  pochi  per  cui  si  

classificano  sempre  come  puntiformi.  

Le  mutazioni  puntiformi  possono  essere  :    

-­‐transizioni  :  Sostituzioni  di  una  purina  con  purina  o  sostituzioni  di  una  pirimidina  con  una  pirimidina.                                                                        

-­‐transversioni  sostituzioni  di  una  purina  con  una  pirimidina  e  viceversa,esempio    T  con  G.  

 

L’esame  delle  mutazioni  puntiformi  che  si  riscontra  a  carico  di  diversi  geni  dimostra  che  le  transizioni  si  

manifestano  più  spesso  rispetto  alle  transversioni  suggerendo  che  ci  deve  essere  un  meccanismo  

mutazionale  favorito.  

In  molti  geni  esistono  regioni  GC  “hotspot”  a  livello  delle  quali  possono  verificarsi  molte  mutazioni  perché  ci  

può  essere  un  meccanismo  di  metilazione  della  citosina  che  avviene  nelle  isole  GC  che  sono  delle  regioni  di  

regolazione  che  possono  subire  la  metilazione  come  meccanismo  di  regolazione  epigenetica;  Esempio:  nel  

X-­‐fragile  molti  promotori  hanno  sequenze  ricche  di  GC  e  sono  metilate  quando  quel  promotore  non  deve  

essere  trascritto.  

La  metilazione  copre  le  sequenze  consenso  che  non  sono  più  riconosciute  dai  fattori  di  trascrizione  ed  il  

gene  non  viene  trascritto.  

Si  tratta  di  epigenetica  perché  viene  decisa  successivamente  a  seconda  delle  condizioni  della  cellula  in  base  

alla  necessità  che  quella  cellula  ha  di  esprimere  quel  determinato  gene.  

Poiché  queste  citosine  possono  andare  incontro  a  metilazione,  automaticamente  il  gruppo  NH  può  

cambiare  in  gruppo  carbonilico  che  la  trasforma  in  un  adenina(  Transizione  C-­‐A   mutazione.  

!

Questo  è  un  meccanismo  che  è  stato  accertato  come  causa  di  numerose  mutazioni  in  geni  malattia.  

Le    mutazioni  puntiforme  possono  cadere  in  regioni  codificanti  di  un  gene:  

1)missnense  

2)Nonsense  

3)frameshift  

 

Per  regioni  codificanti  si  intende  regioni  che  contengono  sequenze  poi  trascritte  nel  messaggero  che  poi  

darà  origine  a  una  proteina.  

Quando  analizzo  il  gene  dell’aldolasi  B  non  amplifico  tutto  il  gene  ma  solo  la  regione  contenente  gli  esoni  

comprese  le  giunzioni  di  splicing(  che  analizza  anche  il  promotore  ma  li  non  è  stato  mai  trovato  nulla).  

Nel  gene  della  Beta  globina  che  è  un  gene  piccolo  si  analizzano  anche  gli  introni,  ci  sono  mutazioni  che  

cadono  negli  introni  e  causano  patologie  anche  gravi;  Se  la  mutazione  cade  in  regioni  codificanti  potremo  

avere:  missenso,  non-­‐senso  e  frameshift.  

Se  cadono  nelle  regioni  non  codificanti  di  un  gene  si  verificheranno  difetti  di  splicing.  

Essi  sono  facilmente  deducibili  se  interessano  i  di  nucleotidi  canonici  dello  splicing  ma  non  lo  sono  quando  

interessano  sequenze  consenso.  

Questi  difetti  di  splicing  possono  causare:  

-­‐ Abolizione  completa  

In  questo  caso  si  analizza  l’introne  prima,  l’esone  stesso  e  l’introne  dopo.  Nessuna  molecola  del  

trascritto  verrà  splicita  in  maniera  corretta.  

-­‐ Creazione  di  nuovi  siti  

Questi  siti  sono  preferiti  ma  non  tutte  le  molecole  sono  splicite  in  nodo  anomalo.  Esempio:  nel  

gene  della  beta  globina  esiste  una  mutazione  dell’introne  chiamata  Beta  +110  che  avviene  in  un  

introne  110  nucleotidi  prima  dell’esone,  che  crea  un  nuovo  sito  di  splicing  ma  senza  abolire  quello  

canonico.  Il  macchinario  di  splicing  si  troverà  a  scegliere  su  quale  agire  perché  per  lui  entrambi  sono  

buoni  e  nel  90%  delle  sue  maturazioni  non  si  sa  perché  sceglie  quello  sbagliato;  nel  restante  10  %  la  

beta  globina  prodotta  sarà  normale.  Non  si  sa  cosa  induce  il  macchinario  a  scegliere  il  sito  sbagliato.  

Altre  volte  è  scelto  preferibilmente  il  sito  normale  e  di  tanto  in  tanto  è  scelto  il  sito  sbagliato:  ciò  

accade  nella  fibrosi  cistica  in  cui  esiste  un  polimorfismo  prima  ritenuto  silente  che  ora  in  realtà  si  è  

scoperto  ridurre  l’efficienza  del  corretto  splicing.  

Perciò  se  un  soggetto  su  un  allele  ha  quel  polimorfismo  e  su  un  altro  allele  ha  la  mutazione  classica  

per  la  fibrosi  cistica  il  soggetto  non  avrà  fibrosi  cistica  né  sarà  portatore  sano  ma  sarà  un  soggetto  

affetto  da  una  sintomatologia  simile  alla  fibrosi  cistica  ma  meno  grave(  malattia  anomala).  

-­‐ Attivazione  di  siti  criptici  

Queste  sono  sequenze  che  non  venivano  scelte  ma  che  a  causa  di  una  mutazione  diventano  di  

nuovo  preferite.    

 

 

 

Le  mutazioni  missenso  

Le  mutazioni  missenso  causano  un  cambio  amminoacidico(  per  cui  devono  cadere  

obbligatoriamente  in  regioni  codificanti).  

Qual  è  l’effetto  sul  prodotto  di  quel  gene  trascritto  e/o  tradotto?  

Per  verificare  ciò  bisogna  conoscere  il  codice  di  lettura.  Esempio:  ATT  codifica  per  un  isoleucina,  la  

mutazione  converte  questo  codone  in  ATG  che  codifica  per  una  metionina.  

 

                             Le  mutazioni  non  senso  

Le  mutazioni  non  senso  producono  un  codone  di  stop;  ad  esempio  il  codone  TTA  codifica  per  una  

leucina    una  mutazione  trasforma  il  codone  in  TGA  che  è  un  codone  di  stop(UAA-­‐  UGA  –UAG).  

Mutazioni  nonsense  di  solito  determinano  la  prematura  terminazione  della  traduzione  con  

produzione  di  una  proteina  più  corta.  

Prima  si  ragionava  così:  la  mutazione  cade  sull’amminoacido  10  di  una  proteina  di  

1000amminoacidi,  la  proteina  prodotta  sarà  nulla  poiché  un  pezzetto  di  10  amminoacidi  non  avrà  

sicuramente  alcuna  funzione;  Se  cade  troncando  la  sequenza  amminoacidica  che  codifica  per  il  sito  

attivo  di  un  enzima  la  proteina  sarà  sicuramente  non  funzionante.  

Esistono  anche  stop-­‐codon  che  cadono  verso  il  C-­‐terminale  della  proteina  per  cui  non  danno  

nessun  problema  al  paziente  che  porta  la  mutazione.  

Oggi  invece  si  sa  che  molti  messaggeri  che  contengono  uno  stop  codon  non  vengono  proprio  

tradotti  perché  quel  messaggero  è  riconosciuto  da  un  sistema  cellulare  specifico  che  lo  riconosce  

come  non  completato  nella  sua  traduzione  e  perciò  lo  degrada.  

Questo  meccanismo  è  noto  come  “  Nonsense  –  mediated  mRNA  decay”.  

Questo  è  un  meccanismo  di  protezione  dei  trascritti  non  completamente  tradotti  perché  

presentano  codoni  di  stop,  in  questo  modo  la  proteina  non  è  proprio  prodotta  per  cui  non  mi  

interessa  se  perde  domini  funzionali  perché  quel  gene  non  darà  alcun  prodotto.  

Nel  messaggero  normale  si  produce  un  peptide  a  lunghezza  piena.  

Al  messaggero  si  legano  proteine  regolatrici;  Al  trascritto  si  lega  anche  il  ribosoma  che  si  muove  

come  un  cerniera  lampo  e  man  mano  distacca  queste  proteine.  

Un  solo  trascritto  passa  all’interno  del  ribosoma  e  dà  luogo  a  molte  proteine.  

Quando  c’è  il  codone  di  stop  la  traduzione  si  ferma  prima  per  cui  il  trascritto  non  passa  tutto  

attraverso  il  ribosoma  che  quindi  non  riesce  a  scacciare  le  proteine,  che  servono  da  segnale  per  un  

meccanismo  di  degradazione  che  si  trova  all’interno  della  cellula.  

Per  cui  la  quantità  di  peptide  tronco  è  poca  perché  dopo  il  primo  passaggio  nel  ribosoma  il  

trascritto  è  degradato.  

Non  tutti  i  messaggeri  con  mutazione  puntiforme  sono  degradati  con  questo  meccanismo.  

La  scelta  dipende  dal  punto  in  cui  si  trova  lo  stop  codon  rispetto  agli  introni.  

A  seconda  della  distanza  dell’introne  si  è  visto  che  alcuni  trascritti  sono  degradati  dal  decay.  

Questo  tipo  di  degradazione  non  la  subiscono  quei  peptidi  che  derivano  da  una  mutazione  che  

toglie  pezzi  di  materiale  genico  producendo  una  proteina  più  corta  ma  non  tronca  cioè  una  

proteina  che  manca  di  domini.  

Ad  esempio  se  manca  un  esone  la  proteina  verrà  kmq  trascritta  per  intero  e  non  subirà  decay  

perché  il  trascritto  avrà  un  suo  inizio  e  una  sua  fine.  

Perciò  in  caso  di  mutazioni  puntiformi    ci  sarà  la  degradazione  con  il  decay  per  cui  tutti  i  discorsi  sui  

domini  decadono.  

Alternativamente  la  proteina  tronca  si  sintetizza  e  viene  degradata  dal  sistema  ubiquitina  proteo  

soma.  

Questo  è  un  meccanismo  classico  di  regolazione  che  serve  sia  per  rimuovere  i  prodotti  non  

funzionanti  o  tossici  sia  le  proteine  normali  le  quali  hanno  comunque  un  emivita  una  volta  

raggiunta  esse  vengono  indirizzate  verso  questo  meccanismo  di  degradazione.  

In  entrambi  i  casi  il  risultato  finale  è  l’assenza  di  proteina.  

Nei  pazienti  affetti  da  Coroideremia  che  è  una  malattia  X-­‐linked  recessiva  la  maggior  parte  di  

mutazioni  che  causano  la  malattia  creano  uno  stop  codon,  in  questi  casi  i  trascritti  tronchi  ci  sono  

ma  la  proteina  non  è  prodotta  però  il  messaggero  non  subisce  il  decay.  

In  altre  malattie  invece  la  proteina  tronca  è  degradata  dal  decay.  

In  ogni  caso  qualsiasi  sia  il  meccanismo  che  interviene  la  proteina  non  è  prodotta,per  cui  per  le  

mutazioni  non  senso  le  riviste  scientifiche  ritengono  che  non  sia  necessario  dimostrare  la  loro  

patogenicità  se    sono  già  associate  a  malattie.  

Per  le  mutazioni  frameshift  bisogna  dimostrare  che  quel  cambio  amminoacidico  altera  la  funzione  

della  proteina  in  maniera  tale  da  causare  una  patologia.      

 Esempio  :  TAA  è  un  codone  di  stop  che  mutato  in  GAA  codifica  per  un  acido  glutammico.  

Uno  stop  codon  viene  trasformato  in  una  tripletta  codificante  per  un  aminoacido.Anche  in  questo  

caso  ci  può  essere  RNA  decay  o  degradazione  della  proteina  alterata  che  sarà  più  lunga  di  quella  

normale.  

Alcune  malattie  genetiche  con  questa  mutazione  sono  associate  a  perdita  di  funzione.  

Una  mutazione  di  questo  tipo  presente  nella  beta  globina  causa  un  rarissimo  fenotipo  dominante  in  

cui  la  proteina  più  lunga  (ke  poi  si  ferma  xkè  non  c’è  un  codice  di  lettura,  prima  o  poi  uno  stop  

codon  escxe  fuori)  si  folda  male,  precipita  nel  globulo  rosso,  lo  danneggia,  xcui  basta  una  sola  

mutazione  x  danneggiare  drammaticamente  il  GB    talassemia  β  xkè  la  mutazione  cade  sul  gene  

!

della  B-­‐globina  e  causa  un  fenotipo  dominante  (quando  x  definizione  la  talassemia  ha  un  fenotipo  

recessivo  x  cui  c’è  bisogno  di  2  alleli  mutati  x  causare  la  patologia;  in  qst  caso  c’è  un’acquisizione  di  

un  effetto  ke  danneggia  il  GB  impedendeglio  la  sua  maturazione)  

 

Inserzioni  e  delezioni  di  poche  basi    

l’  insezione  di  basi  causano  un’alterazione  della  cornice  di  lettura  

 

   

La  sostituzione  causa  il  cambio  di  un  aa  ma  la  proteina  resta  essenzialmente  la  stessa;  la  delezione  porta  al  

cambio  di  tutti  gli  aa  x  cui  la  proteina  prodotta  non  sarà  piu  la  stessa  (  ricordando  l’associazione  stuttura-­‐

seq.  aa)  perciò  sarà  una  proteina  con  una  stuttura  diversa  ke  si  folda  male  e  mi  darà  problemi.  

Stesso  discorso  vale  x  le  inserzioni.  

 

Di  solto  capita  ke  presto  o  tradi  una  delle  triplette  diverrà  uno  stop  codon,  xciò    qst  mutazioni  son  definite  

mutazioni  frameshift  con  uno  stop  codon.  

La  nomenclatura  internazionale  dice  ke  x  descrivere  una  mutazione  di  qst  tipo  devo:  indicare  fino  a  ke  

punto  la  proteina  è  normalmente  prodotta  per  es  se  dico  8His  significa  ke  a  partire  dalla  posizione  8  la  prot  

è  mutata;  poi  scrivo  frameshift  per  1,2,3,4….  A  seconda  di  quanti  aa  sono  stati  mutati  fino  a  quello  mutato  

in  uno  stop  codon  indicato  con  una  X  (es  1,2,3,4,5X).  

In  genere  lo  stop  codon  compare  dopo  un  paio  di  aa.  

Poiché  le  mutazioni  frameshift  portano  alla  formazione  di  un’altra  proteina  esse  sono  sempre  considerate  

patogeniche  senza  bisogno  di  dimostrazioni  funzionali.  

Qst  rientrano  nelle  categorie  nelle  mutazioni  puntiformi.  

    se  il  numero  di  basi  non  è  un  multiplo  di  3:  frameshift    

• se  il  numero  di  basi  è  un  multiplo  di  3:  perdita  o  aggiunta  di  aminoacidi;  se  togliendo  una  tripletta  

• intera  il  codice  di  lettura  resta  inalterato  

 

Una  mutazione  comune  nella  Fibrosi  C  è  la  delezione  ΔF508  causata  dalla  delezione  della  fenilalaniana  nella  

posizione  508,  qst  mutazione  causa  la  delezione  prp  della  tripletta  che  codifica  x  la  fenilalanina,  la  

mancanza  di  qst  aa  causa  una  cambio  nell’intera  proteina  che  non  si  folda  è  causa  un  fenotipo  severo.  

 

             Ampie  delezioni  geniche,  inversioni,  fusioni  e  delezioni  (di  ampie  regioni)  

Possono  coesistere  nello  stesso  gene  delezioni  e  duplicazioni.  Esse  possono  verificarsi  come  risultato    

della  ricombinazione  tra  regioni  omologhe  di  DNA  (che  non  sono  xò  perfettamente  omploghe)  

• l’espansione  di  sequenze  trinucleotidiche  ripetute  può  produrre  un’inserzione    

• Inserzione  di  elementi  L1  or  Alu  ke  sono  seq.ripetute  ke  vanno  ad  inserirsi  x  loro  natura  in  varie  

• regioni  genoma  es.  nella  coredeiremia  in  cui  una  seq.  Alu  si  è  inserita  nell’esone.  

 


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in biotecnologie mediche
SSD:
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher biotech89 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia cellulare e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Napoli Federico II - Unina o del prof Esposito Sergio.

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