Tossicologia e mutagenesi ambientale - Lezione 2

NON TUTTE LE MUTAZIONI CAUSANO UN’ALTERAZIONE DEL

FENOTIPO E NON TUTTE LE MUTAZIONI AVVENGONO NELLA

REGIONE CODIFICANTE DEL GENE

Tasso e frequenza di mutazione

Probabilità di una mutazione in funzione del tempo

 no. di mutazioni per coppia di nucleotidi per generazione

Numero di eventi di un tipo di mutazione

 frazione di cellule o individui mutati in una popolazione

Tipi di mutazione

Mutazione genica o puntiforme

 Fenotipo selvatico

Sequenza nucleotidica

Mutazione cromosomica

 Struttura dei cromosomi

Mutazione genomica

 Fenotipo mutato

Numero dei cromosomi

basi molecolari della mutazione gen

Cambiamento qualitativo

 Sostituzione di 1 coppia di basi

transizione transversione

Cambiamento quantitativo

 Perdita od aggiunta di 1 o poche coppie di basi

inserzione delezione

Cambiamento dinamico

 Aumento del no. di triplette attraverso le

generazioni

espansione di triplette

Sostituzione di basi

−

T A

− −

A T G C

−

C G

Transversione (8) Transizione (4)

Purina con pirimidina Purina con purina

Pirimidina con purina Pirimidina con pirimidina

Inserzione-delezione di basi

- - - - - - - -

C C A A A A C C C DNA normale

G G T T T T G G G

- - - - - - - -

+ A - A

- - - - - - - - - - - - - - - -

C C A A A A A C C C C C A A A C C C

G G T T T T T G G G G G T T T G G G

- - - - - - - - - - - - - - - -

Inserzione AT Delezione AT

Mutazione frameshift

-GAC-TTT-TAG-CTG-GTC-AAA-TGT-

-CUG-AAA-AUC-GAC-CGA-UUU-ACA- mRNA

Leu Lys Ile Asp Arg Phe Treo

-A

-GAC-TTT-TGC-TGG-TCA-AAT-GT

-CUG-AAA-ACG-ACC-GAU-UUA-CA

Leu Lys Treo Treo Asp Leu

Scivolamento del codice di lettura

Cause delle mutazioni spontanee

Deamminazione delle basi

 Creazione di siti abasici

 Tautomeria: modificazioni spontanee

 ed occasionali delle basi del DNA

Forme reattive dell’ossigeno

 Errori nella replicazione (ricombinazione

 e riparazione)

Elementi trasponibili

 Altri fattori



Deamminazione delle basi

Perdita di un gruppo NH

 2

− adenina > ipoxantina: AT > CG

− citosina > uracile: CG > AT

difende contro nucleasi

5 metil citosina regola espressione genica

timina: CG > TA

CpG Hot spots di mutazione dei genomi

Frequenza transizioni frequenza transversioni

Creazione di siti abasici

β-N-glicosidico

Idrolisi del legame

 tra base e zucchero

P−Z−P−Z−P−Z−P−Z P−Z−P−Z−P−Z−P−Z

X

│ │ │ │ │ │ │

G A C T G C T

C T G A

A

G

C

Tautomeria

Stato chetonico normale

Stato enolico raro

Forma amminica normale

Forma imminica rara

Forme reattive dell’ossigeno

Metabolismo ossidativo endogeno

 − formazione di ROS (perossidi – radicali liberi)

T

A

ROS G

C

O 8-ossiguanosina

NH

NH O

NH N

2 N GC > TA (transversione)

│

Z

Errori nella replicazione

5’ 3’

A C G T C

T G C A G

3’ 5’

5’ 3’

A C G T C

T G T A G

C 3’ 5’

*T 5’ 3’

G A C A T C

G

5’ 3’ A

A C G T C T G T A G

A C T 3’ 5’

T G C A G T G

3’ 5’ 5’ 3’

G A C G T C

T

C T G C A G

C

A

G 3’ 5’

5’ 3’

A C G T C

T G C A G

3’ 5’ 5’ 3’

A C G T C

T G C A G

3’ 5’

DNA polimerasi III (5’→ 3’) compie errori con frequenza di 1/10 -10

4 5

basi Correzione di bozze (3’→ 5’) riduce gli errori a 1/10 -10

6 7

Genoma umano 2.75 x 10 basi

9

Ad ogni ciclo replicativo 5.5 x 10 mutazioni

3

Elementi trasponibili

Elementi genetici che si spostano nel genoma

Inseriti in/o nelle vicinanze di 1 gene lo inattivano

ET

elemento genetico

trasponibile Segmento genico separato da un ET

Gene mRNA

polipeptide tronco inattivo

ET = 45% genoma umano

1% sequenze codificanti

Altri fattori

La natura del processo di mutazione va cercata

all’interno della cellula e dell’organismo

Stress cellulare

 Invecchiamento

 Geni mutatori



La retromutazione

Reversione vera (0 mutazioni)

Ripristino esatta sequenza

nucleotidica

Reversione parziale (1 mutazione)

Ripristino sequenza aminoacidica

funzionale

Reversione per soppressione (2 mutazioni)

Ripristino funzionalità proteina

Intragenica Intergenica

La reversione

T C T

________ A G A arginina

- - - -

- - - - A C T Vera

________ U G A triptofano

- - - -

- - - - T C T

________ A G A arginina

- - - -

- - - - T C T

________ A G A arginina

- - - -

- - - - T G T Parziale

________ A C A tirosina

- - - -

- - - - T T T

________ A A A lisina

- - - -

- - - -