Patologia Generale - appunti su meccanismi malattie genetiche e mutazioni

ALTERAZIONE DEL CODICE GENETICO

Qual è il terzo aspetto da considerare quando parliamo di mutazioni puntiformi? La conseguenza, il meccanismo con il quale le mutazioni possono alterare la sequenza di amminoacidi della proteina, perché cambiando la corretta sequenza di amminoacidi, naturalmente questo può determinare un cambio della struttura, un cambio della funzione della proteina, e quindi poi una patologia, una malattia.

Allora, per capire questo terzo aspetto, come una mutazione che colpisce la parte codificante possa avere un impatto sulla proteina, dobbiamo ricordarci come funziona il meccanismo con il quale il DNA una volta copiato in RNA viene poi tradotto in proteina. Come funziona questo codice? Che si chiama "codice genetico", che è quello che appunto consente questo processo (la trasformazione del DNA, cioè l'informazione genetica, nella proteina, quella che poi determina la struttura, la funzione di una cellula).

GENETICO

Il codice genetico funziona a triplette (successioni di tre basi azotate) perché a ogni specifica tripletta corrisponde uno specifico amminoacido. Quindi quando l'RNA viene copiato sul DNA (a partire dal DNA), poi viene tradotto in proteina seguendo questa regola: viene letto dalla cellula, in particolare da quell'organello che si chiama "ribosoma", in sequenze di tre, a tre basi azotate per volta; e a ogni tre base azotata, a ogni particolare sequenza di tre basi azotate che trova, inserisce uno specifico amminoacido.

Uno dei tanti modi in cui si può esprimere il codice genetico è questo . In questa il codice genetico è espresso considerando l'RNA.

- Sulla colonna sull'estrema sinistra: è riportata la prima base azotata della tripletta;

- Nella riga al centro: è riportata la seconda, ossia tutte le possibili seconde basi azotate;

- Nella colonna sull'estrema destra: sono riportate tutte le

Possibili terze basi della tripletta. Generalmente è più pericolosa una mutazione missense o una mutazione nonsense? In linea di principio ma in approssimazione, è la mutazione nonsense quella più pericolosa perché la mutazione nonsense tronca o anche interrompe proprio la proteina. La mutazione missense comunque consente che la proteina venga prodotta certo con un amminoacido sbagliato e allora dipenderà da quanto importante è quell'amminoacido e con quale amminoacido è stato cambiato, facendo così un discorso analitico caso per caso. Ma non c'è ombra di dubbio che la mutazione nonsense troncando la proteina è molto più probabile che disturbi fortemente il funzionamento di quella proteina, forse più di una mutazione missense e quindi, in generale, le mutazioni nonsense sono quelle più gravi. La proteina non si forma oppure si forma solo un tratto di quest'ultima, certo dipende pure.

da dove capita la mutazione nonsense: una cosa è se capita all'inizio del gene e allora praticamente la proteina non si forma; un'altra cosa è se capita alla fine di un gene allora la proteina perderà gli ultimi amminoacidi. È anche possibile che la mutazione possa non avere l'effetto missense o l'effetto nonsense ma non provochi nessun cambiamento del codice genetico e sono esattamente quei tipi di sostituzione che abbiamo fatto prima quando cambiavamo la posizione e per alcune cambiavamo la terza posizione, non cambia l'amminoacido e non cambia il codice genetico. In questo caso le mutazioni saranno silenti, cioè non cambiano l'amminoacido e in termini più generici, si dice sinonime cioè l'amminoacido che viene inserito è lo stesso anche nell'allele mutato rispetto all'allele wild type e sono tipicamente quelle mutazioni che colpiscono la terza base. Le mutazioni missense e le

Mutazioni nonsense vengono anche definite non sinonime. (Dimentichiamo trasversione e transizione e dimentichiamo la parte del gene). Quando ci concentriamo sulla parte codificante del gene, quindi sull'alterazione del codice genetico, dobbiamo considerare due possibilità che la mutazione sia qualitativa cioè sia una sostituzione di base SBS oppure sia quantitativa ossia un 'aggiunta o una delezione di basi.

Se ci soffermiamo sulla prima possibilità ovvero quella SBS, abbiamo due possibilità:

1. la mutazione non causa nessun tipo di conseguenza (sinonima) e la mutazione causa una conseguenza
2. la mutazione può essere di tipo missense se cambia l'amminoacido o di tipo nonsense se interrompe la proteina.

Allora qual è la conseguenza di quelle quantitative?

Per definire la conseguenza delle mutazioni quantitative, bisogna approfondire delle cose. Quando parliamo di mutazioni della parte codificante del gene e in particolare delle piccole

inserzioni e dellepiccole delezioni, l’aspetto importante che dobbiamo tenere presente è se l’aggiunta o la perdita che sia oinserzione o delezione che sia, riguarda un numero di basi che sia multiplo di 3 oppure non multiplo di 3perché, il codice genetico funziona a triplette.

Vediamo il caso che riguarda la delezione: se la delezione riguarda un multiplo di tre basi come 3,6,9,12,quello che la delezione comporterà sarà la perdita di un numero di amminoacidi proporzionale al numero ditriplette che è stato eliminato per colpa della mutazione. Se sono state eliminate tre basi, sarà eliminato unamminoacido; se la delezione sarà di 6 basi, saranno eliminati due amminoacidi; se la delezione sarà di 9 basi,saranno eliminati tre amminoacidi.

Facciamo l’esempio opposto della delezione ovvero dell’inserzione. Se l’inserzione riguarda un multiplo di 3basi, la conseguenza sulla proteina sarà

l'aggiunta erronea e patologica di un numero di basi che sarà proporzionale al numero di triplette, alla lunghezza dell'inserzione. Se l'inserzione è di 3 basi, sarà aggiunto un amminoacido; se l'inserzione è di 6 basi, saranno aggiunti 2 amminoacidi. È molto diversa la conseguenza che riguarda l'inserzione o la delezione di un numero di basi che non sia un multiplo di 3 quindi 1, 2, 4, 5, 7, 8, etc e in questo caso, visto che la cornice di lettura del codice genetico funziona di 3 in 3, se verranno aggiunte delle basi azotate in un numero che non sia multiplo di 3, questo comporterà un completo slittamento della cornice di lettura.

• Conseguenza missense c'è un SBS che cambia l'amminoacido.
• Conseguenza nonsense c'è un SBS che inserisce un codone di stop.
• Conseguenza frameshift c'è un INDEL non SBS che altera il numero di basi azotate con un

numero che non sia multiplo di 3.

Esempio di delezione senza slittamento:

Fibrosi cistica

FIBROSI CISTICA

Paziente AFFETTO da fibrosi cistica vs paziente NON AFFETTO da fibrosi cistica

• Il codice genetico di una zona della parte codificante del gene mutato nella malattia della fibrosicistica è ATC (adenina-timina-citosina) che corrisponde all'amminoacido isoleucina, un'altra volta ATC (isoleucina), poi abbiamo TTT (fenilalanina), GGT (glicina), GTT (valina). Questo è il paziente normale.
• Il paziente presenta una delezione e in particolare una delezione di 3 basi azotate e quindi che rientra in questa categoria. Saltano per colpa della delezione la citosina (della seconda isoleucina) e le prime due timine (del codone che tradotto dà la fenilalanina). Questo è il paziente affetto.

Quando la citosina e le due timine scompaiono, restano le prime due basi del secondo codone e la terza base del terzo codone; quest'ultime verranno poi lette come un numero che non è multiplo di 3.

unico secondo codone ATT. È cambiato solo laterza base e quindi non ha alcun effetto e l’amminoacido sarà comunque un’isoleucina. IL codone TTT nonesiste più perché la mutazione ha eliminato le prime due T e la terza T è stata utilizzata dal codoneprecedente quindi questa fenilalanina non ci sarà più nella proteina mutata e poi il codice genetico riprende lacornice di lettura e riprende com’è nella proteina normale.

Questo è un esempio di una delezione di 3 nucleotidi che ha causato essendo di 3 la perdita di unamminoacido ma non ha causato il frameshit, cioè uno slittamento della cornice di lettura.

Ora vediamo invece un esempio con slittamento della cornice di lettura, in particolare che riguardaun’inserzione.

Questa malattia è una malattia del metabolismo e in pratica quello che succede in questi soggetti non vienepiù prodotto un enzima lisosomiale che viene utilizzato per

digerire particolari molecole glicolipidiche (grassiconiugati a proteine) che sono molto abbondanti nel cervello. Questo enzima lisosomiale serve per eliminarel’eccesso di questi glicolipidi e per colpa della mutazione che adesso vedremo, in questi soggetti questemacromolecole non vengono eliminate, si accumulano e provocano danni nel sistema nervoso con deficitdella deambulazione, ritardo mentale e altre anomalie.

In questo caso la mutazione è un’inserzione e la cosa più importante è che non riguarda un numero che siamultiplo di 3 e in particolare di 4 nucleotidi. Vedremo prima l’allele sano e poi l’allele mutato.

Ora guardiamo l’allele sano.

In questo gene che codifica questo enzima lisosomiale, il codice genetico sarà: CGT,ATA,TCC,TAT e così via.

Gli amminoacidi della proteina saranno: arginina, isoleucina, serina, tirosina e così via.

( Il termine INDEL si usa come abbreviazione di un evento di

mutazione/ricombinazione che può far parte di due classi: una inserzione o una cancellazione) La mutazione è un'aggiunta o un INDEL del tipo dell'inserzione di 4 nucleotidi si inseriscono per errore dentro la normale sequenza del gene. Tra la C che si trova in seconda posizione nel terzo codone e la C che si trova in terza posizione nel terzo codone (TCC), per errore si inserisce una TATC (una timina, un'adenina, una timina, una citosina). → Guardiamo la conseguenza nessuna conseguenza a carico del prima tripletta, della seconda tripletta nessuna conseguenza ancora a carico della terza tripletta perché il ribosoma troverà come conseguenza della prima mutazione TC e poi non troverà più la C che c'era prima (perché è stata distanziata) e troverà il primo nucleotide aberrante che viene aggiunto ed è una T; in questo caso TCC viene cambiato in TCT poiché la sostituzione in terza base non ha

alcun effetto, ci sarà sempre una serina. Poi ci sono gli altri tre nucleotidi (ATC) che sono stati aggiunti che ricodificheranno per un amminoacido che non c'è e che è un'isoleucina. Dove sta il frameshift?