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Le mutazioni
riguardano tutti i sistemi biologici;
la variabilità genetica è alla base dell’evoluzione
Universita’ di Bari
by GP&NA
Tasso di mutazione
FREQUENZA DI MUTAZIONE= numero di eventi di un tipo di mutazione(frazione di cellule o individui di una popolazione)
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Probabilita’ di un particolare tipo di mutazione in funzione del tempo (no di mutazioni per coppia di nucleotidi per generazione).Esso e’ influenzato dalla “costituzione” genetica dell’organismo(Maschi e femmine dello tesso ceppo di Drosophila hanno lo stesso TM,mentre ceppi diversi no).
Tassi di mutazione spontanea
organismo gene tasso
Zea mays Sh>sh 1x10-6 per generazione Su>su 2x10-6 per generazione
D. melanogaster y+ > y 1x10-4 per cellula germinale
bw+>bw 3x10-5 per cellula germinale
Mus musculus D > d 3x10-5 per cellula germinale
Homo sapiens emofilia A 3x10-5 per cellula germinale
distrofia Duchenne 3x10-4 per cellula germinale
acondroplasia 7x10-5 per cellula germinale
corea di Huntinghton1x10-6 per cellula germinale
retinoblastoma 2x10-5 per cellula germinale
neurofibromatosi 9x10-5 per cellula germinale
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Cause delle mutazioni spontanee
1. errori nella replicazione
2. tautomeria: modificazioni spontanee ed occasionali delle basi del DNA
3. errori del crossing over durante la meiosi
4. radiazioni
5. destabilizzazione indotta dagli elementi trasponibili
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Errori nella replicazione
Genoma umano 2,75 x 109 basi
DNA polimerasi III (5’ 3’) compie errori con frequenza di 1/104 basi.Sistema di controllo (3’ 5’) riduce gli errori 1/106
Ad ogni ciclo replicativo 5,5 x 103 mutazioni
ogni secondo si replicano 109 cellule
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Tautomeriale basi possono passare dallo stato chetonico normale a quello enolico raro; dalla forma iminica normale a quella aminica rara .
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Tautomeria e conseguenze
Nella sua forma rara una base puo’ formare legami diversi rispetto a quelli normali e causare appaiamenti errati.
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Transizione
5’
3’ 5’
3’ A C G T C T G C A G
A CT G
G*T C
T A G
G T CC A G
5’
3’ A C G T C T G T A G
5’
3’
5’
3’ 5’
3’ A C G T C T G C A G
5’
3’ 5’
3’ A C G T C T G C A G
5’
3’ A C A T C T G T A G
5’
3’
5’
3’ 5’
3’ A C G T C T G C A G
5’
3’ A C G T C T G C A G
5’
3’
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Se la transizione avviene durante la duplicazione del cromosoma causa sostituzione di basi.
Lo spettro elettromagnetico
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380n
m blu
verd
e gial
lo
ross
o 75
0nm
LUCE VISIBILE
Onde radioMicroonde UVRaggi XRaggigamma
Raggicosmici Infrarossi
10-5nm 10-3nm 1nm 103 nm 106 nm 109nm 103mlunghezza d’onda
radiazione ionizzanteLivello energetico
piu’ alto piu’ basso
Radiazioni ionizzanti e conseguenze
Le radiazioni ionizzanti possono provocare rotture cromosomiche e quindi sia riarrangiamenti cromosomici che mutazioni puntiformi.
Le radiazioni ionizzanti penetrano nei tessuti in notevole profondità. Nel loro percorso collidono con gli atomi che incontrano e determinano il rilascio di elettroni e la formazione di ioni carichi positivamente. Questi collidono con altre molecole e quindi si liberano ulteriori elettroni e così via. Si forma quindi un cono di ioni lungo il percorso di ogni raggio ad alta energia attraverso i tessuti viventi.
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Radiazioni non ionizzanti e riparazione
I raggi UV inducono la formazione di dimeri di timina adiacenti nel DNA; questo modifica la conformazione della doppia elica. La distorsione può essere riparata mediante fotoreattivazione e per escissione (a sinistra)
TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA
TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA
TGCTCATATGG CGGTTCATGGTTGGT
ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA
TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA
TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT
ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA
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UVformazione di dimeri
Endonucleasi
Esonucleasi
DNA polimerasi I
Ligasi
Riparazione del DNA nell’uomo
Xeroderma pigmentosum: malattia autosomica recessiva,estrema sensibilità della pelle ai raggi UV ed elevata incidenza di carcinomi della pelle e melanomi.Causa: incapacità di riparare i danni al DNA provocati dai raggi UV per l’inabilità ad operare il taglio iniziale che porta alla eliminazione del dimero di timina ed alla sua riparazione.
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Origine delle mutazioni spontanee
Non esiste una quantità adeguata di radiazioni di fondo (raggi cosmici, materiali radioattivi terrestri) sufficiente per spiegare i tassi di mutazione osservati nella maggior parte degli organismi. Ad esempio, in Drosophila, il tasso di mutazione spontanea è circa 1300 volte quello atteso considerando l’intensità delle radiazioni naturali e quindi hanno piccola responsabilità nella determinazione delle mutazioni spontanee.
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Carico da radiazione naturale nell’uomo
sorgente di radiazione dose in mSv/annoradiazioni naturali 0,82radiazione cosmica 0,28radioisotopi nel corpo 0,28altre radiazioni 0,26radiazioni dovute alla civilizzazione 0,35esami radioscopici 0,20radiofarmaci 0,02-,04irradiazione da raggi X dovuti a 0,04-,05televisione, radiazione da edifici 0,04-,05inquadramento da test armi nucleari 0,04-,05centrali nucleari 0,01aereo 0,004-,008TOTALE ca. 1,17
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Cause delle mutazioni spontaneeLa natura del processo di
mutazione spontanea va cercata all’interno della cellula e dell’organismo.
•TEMPERATURA•ETA’•GENI MUTATORI•ELEMENTI TRASPONIBILI
In Drosophila maschi e femmine dello stesso ceppo hanno = tasso di mutazione, mentre individui di ceppi diversi hanno TM differenti
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Elementi trasponibili (ET)
Le mutazioni da ET sono molto elevate; per esempio nel granturco i mutanti waxy naturali da ET sono circa 80%
Elementi genetici che si spostano nel genoma. Se si inseriscono in/o nelle vicinanze di un gene lo inattivano
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ET
elemento genetico trasponibile
Gene
mRNA
polipeptide attivo
Segmento genico separato da un ET
mRNA
polipeptide tronco inattivo
Possiamo incrementare la frequenza di mutazione?
genetici
i mutageni fisici
chimici
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Mutageni chimici e loro azioneNome comune azione, proprietà particolari
A. AGENTI ALCHILANTI: donano gruppi alchilici ad altre molecoleGas di mostarda (iprite) transizioniEMS etilazione; transizioni G:C-A:TEES etilazione; bifunzionale lega i due filamenti
del DNA provocando rotture ed aberrazioni.NTG deaminazioneB. ANALOGHI DI BASE: incorporati durante la replicazione
5-BU analogo della timina; transizioni per tautomeria5-BrDU analogo della adenina;transizioni per tautomeria2-AP transizioni per tautomeria
C. COLORANTI ACRIDINICI: intercalanti, distorcono la struttura del DNA; alla replicazione si ha l’inserzione o la delezione di una o più basiProflavina sfasamento del modulo di letturaArancio di acridina sfasamento del modulo di lettura
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ClB: test per la selezione di mutazioni X-linked indotte in D.melanogaster
ClB
? ClB ClB?
Letale
P
F1
Reincrocio
ClB ? ClB
Letale?
X
X
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? ClB
Azione mutagena dei raggi X
il numero delle mutazioni legate al sesso aumenta linearmente
con la dose somministrata
il numero di mutazioni è cumulativo
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