Tossicologia e mutagenesi ambientale - Appunti Lezione 4

(DNA)

Alterazioni del DNA da ionizzazione

Alterazioni delle basi azotate o dello zucchero

 Idrolisi del legame fosfodiesterico zucchero-fosfato in un

 filamento (rottura a singola elica o SSB)

Idrolisi del legame fosfodiesterico zucchero-fosfato in

 entrambi i filamenti (rottura a doppia elica o DSB)

Formazione di legami crociati tra due filamenti di DNA

 Conseguenze del danno al DN

Riparazione completa

 − avviene per la grande maggioranza delle alterazioni

minori (SSB)

− la cellula riprende la sua normale attività

Riparazione errata (misrepair)

 − la cellula muore dopo alcune divisioni

− la cellula muore senza dividersi per apoptosi

− la cellula non muore ma presenta mutazioni

Fissazione del danno

 − Il danno non riparabile è rappresentato dalle rotture a

doppia elica (DSB)

− la cellula muore in occasione del primo evento mitotico

o dopo alcune mitosi

Alterazioni indotte dalla IR

Mutazione genica

Mutazione cromosomica SSB

DSB - Riarrangiamenti

Apoptosi

Morte cellulare Mutazione genica

Mutazione cromosomica

Siti critici della cellula: ciclo cellulare

Modelli di relazione dose-effetto

α

Prima modalità di danno: componente

 andamento lineare con la dose β

Seconda modalità di danno: componente

 andamento quadratico (effetto proporzionale al quadrato

della dose)

La prevalenza della prima o della seconda modalità

determina la forma della curva

Tipologia delle mutazioni

IR Induce DSB Mutazione cromosomica

 Il danno è S-indipendente Aberrazioni cromosomiche

 Radiazione ad alto LET

 − Prevalentemente rotture tipo delezioni o frammenti (1

DSB = 1 evento di ionizzazione)

− Relazione dose-effetto di tipo lineare

Radiazione a basso LET

 − Riarrangiamenti cromosomici tipo traslocazioni o

dicentrici (2 DSB = 2 eventi di ionizzazione)

− Relazione dose-effetto di tipo quadratico curvilineo

α β

a basse dosi prevale - ad alte dosi prevale

Dosimetria biologica

Determinare la dose di radiazione ionizzante

 assorbita da un sistema biologico mediante

valutazione degli effetti genetici indotti

Dicentrici (instabili): esposizione recente

 Traslocazioni (stabili): esposizione pregressa



La radiazione UV e i sistemi biologic

La radiazione che causa effetti biologici è quella

 compresa tra 380 e 190 nm

UVA (>315 nm) - UVB (315-280 nm) - UVC (<280

 nm)

Il bersaglio preferenziale è sempre il DNA

 L’effetto biologico è di tipo diretto: non avviene

 radiolisi dell’acqua

Gli effetti sul DNA sono dovuti a reazioni

 fotochimiche

Radiazione UV e danno al DNA

Dimeri di pirimidina: formazione di un legame tra

 due pirimidine adiacenti (anello ciclobutanico)

Legame crociato tra due soli atomi di C di due

 pirimidine adiacenti

Idratazione di una timina per apertura di un doppio

 legame tra i due C dell’anello

Legami crociati tra pirimidine e gruppi SH di

 proteine

Distorsioni nella doppia elica

lterazioni indotte dalla radiazione U

Mutazione genica

Mutazione cromosomica SSB

DSB – Riarrangiamenti

SCE

Apoptosi

Morte cellulare Mutazione genica

Mutazione cromosomica

Siti critici della cellula: ciclo cellulare

arico da radiazione naturale nell’uom

Sorgente di radiazione Dose in mSv/a

Interna

Radon 0.82

Cosmica 0.28

Altre radiazioni 0.26

Esterna

Urbanizzazione 0.35

Diagnostica e terapia 0.24

Elettrodomestici 0.04-0.05

Armi e centrali nucleari 0.05

Aereospazio 0.004-0.008

Totale ca. 2.00

2 dogmi centrali della radiobiologi

IR

Nucleo

Danno DSB

al DNA

Risposta biologica

(Effetto genetico)

a “nuova visione” degli effetti della

1. La progenie delle cellule irradiate manifesta a

distanza di tempo effetti genetici

2. Il bersaglio per gli effetti genetici della IR è più

grande del nucleo

3. Anche cellule non direttamente irradiate possono

manifestare effetti genetici

1. Instabilità genomica: il significat

Lesione

al DNA

Instabilità genomica: gli aspetti

Progressiva acquisizione di alterazioni genetiche

 – casuali

– alta frequenza

– non-clonali

Espressione ritardata delle alterazioni genetiche

 – 10-30

– giorni - settimane - mesi - anni

“instabilità genomica”

2. Irragiamento del citoplasma

Bombardamento mirato del citoplasma di cellule

 α:

Particelle no. esatto (1, 4, 8, 16)

 Effetto genetico

 8 µm

ragiamento del citoplasma: gli effe

“Segnalazione” danno dal citoplasma al comparto

 nucleare

Traduzione “segnale” di danno ricevuto in effetti

 genetici

La cellula non ha subito lesioni dirette al nucleo

 ma altera ugualmente il suo genoma

3. Effetto bystander: il significato

Tre cellule irradiate

x

x x

Altre sei cellule non irradiate

manifestano effetti genetici

dello stesso tipo

Effetto bystander: gli effetti

“Segnalazione” danno a cellule non direttamente

 irradiate

Traduzione “segnale” di danno ricevuto in effetti

 genetici

La cellula non ha subito lesioni dirette in alcun

 comparto ma altera ugualmente il suo genoma