11

MUTAZIONIMUTAZIONI

22

Qualsiasi cambiamento PERMANENTE del patrimonio geneticoQualsiasi cambiamento PERMANENTE del patrimonio genetico

MutazioneMutazione

E’ un evento CASUALE, RARO E’ un evento CASUALE, RARO

tasso di mutazione nell’uomo: 1 gamete su un milione è portatore di una tasso di mutazione nell’uomo: 1 gamete su un milione è portatore di una

mutazione a un determinato locusmutazione a un determinato locus

33

Tasso di mutazioneTasso di mutazione

1 gamete su 101 gamete su 1066 porta una mutazione a un determinato porta una mutazione a un determinato locuslocus

Nel genoma umano ci sono c.a. 20.000 geniNel genoma umano ci sono c.a. 20.000 geni

In totale i gameti portatori di mutazione a un qualsiasi locus In totale i gameti portatori di mutazione a un qualsiasi locus

codificante saranno 20.000 x 10codificante saranno 20.000 x 10-6 -6 = 2%= 2%

44

Dal punto di vista selettivo una mutazione può risultare:Dal punto di vista selettivo una mutazione può risultare:

Vantaggiosa Vantaggiosa l’organismo che la porta ha una “fitness” l’organismo che la porta ha una “fitness” (capacità riproduttiva) maggiore(capacità riproduttiva) maggiore

Svantaggiosa Svantaggiosa l’organismo che la porta ha una fitness minorel’organismo che la porta ha una fitness minore

Neutra Neutra non influenza la fitness di chi la portanon influenza la fitness di chi la porta

Mutazioni e selezioneMutazioni e selezione

55

Esistono centinaia di diverse emoglobine mutanti in tutta la popolazione umana. Molte di queste forme mutanti sono dannose e danno origine a forme patologiche. Altre sono "neutre" e non sembra arrechino ai portatori nè vantaggi ne svantaggi.

66

L’effetto delle mutazioni va sempre L’effetto delle mutazioni va sempre

correlato all’ambiente in cui l’organismo si correlato all’ambiente in cui l’organismo si

trova: una data mutazione può rivelarsi trova: una data mutazione può rivelarsi

svantaggiosa (o neutra) in un dato ambiente, svantaggiosa (o neutra) in un dato ambiente,

vantaggiosa in un altro.vantaggiosa in un altro.

Mutazioni e selezioneMutazioni e selezione

77

Melanismo industriale e selezione naturaleMelanismo industriale e selezione naturale

Prima della rivoluzione industriale Prima della rivoluzione industriale uno strato di licheni di colore grigio uno strato di licheni di colore grigio chiaro ricopriva i tronchi degli alberi chiaro ricopriva i tronchi degli alberi in gran parte dell’Inghilterra. Molte in gran parte dell’Inghilterra. Molte specie di insetti tra cui le falene specie di insetti tra cui le falene (Biston betularia), vivevano sui (Biston betularia), vivevano sui licheni ben mimetizzate alla vista dei licheni ben mimetizzate alla vista dei predatori.predatori.In seguito alla industrializzazione In seguito alla industrializzazione molti dei licheni scomparvero per molti dei licheni scomparvero per inquinamento ambientale, ed alberi e inquinamento ambientale, ed alberi e rocce annerirono a causa dei fumi rocce annerirono a causa dei fumi inquinanti.inquinanti.

88

Melanismo industriale e selezione naturaleMelanismo industriale e selezione naturaleLe falene maculate che a maggioranza Le falene maculate che a maggioranza popolavano le campagne inglesi popolavano le campagne inglesi vennero così a trovarsi completamente vennero così a trovarsi completamente esposte allo sfondo scuro dei tronchi.esposte allo sfondo scuro dei tronchi.Nel 1948 la percentuale di individui Nel 1948 la percentuale di individui scuri di falena cominciò ad aumentare scuri di falena cominciò ad aumentare nei sobborghi cittadini fino ad arrivare nei sobborghi cittadini fino ad arrivare al 98% nei sobborghi di Manchester, ed al 98% nei sobborghi di Manchester, ed il fenomeno fu definito “melanismo il fenomeno fu definito “melanismo industriale”. L’apparire delle falene industriale”. L’apparire delle falene melanizzate era dovuto ad una melanizzate era dovuto ad una mutazione spontanea in un gene, mutazione spontanea in un gene, seguito dalla selezione naturale in un seguito dalla selezione naturale in un ambiente in cui il mancato mimetismo ambiente in cui il mancato mimetismo sfavoriva la sopravvivenza delle falene sfavoriva la sopravvivenza delle falene maculate a causa di uccelli predatori.maculate a causa di uccelli predatori.

99

Mutazione anemia falciforme (sostituzione Glu-Val in catena Mutazione anemia falciforme (sostituzione Glu-Val in catena

dell’emoglobina) vantaggiosa o svantaggiosa? dell’emoglobina) vantaggiosa o svantaggiosa?

Mutazioni e selezioneMutazioni e selezione

1010

un gene mutato, molti sintomiun gene mutato, molti sintomi

Dolore, ulcere alle gambe, danni a ossa, polmoni, reni, occhi, calcoli Dolore, ulcere alle gambe, danni a ossa, polmoni, reni, occhi, calcoli biliari, ittero, anemia, ritardo di crescitabiliari, ittero, anemia, ritardo di crescita

Gli omozigoti SS non si riproducono a causa della grave malattia Gli omozigoti SS non si riproducono a causa della grave malattia genetica; in omozigosi è sicuramente svantaggiosa in qualsiasi genetica; in omozigosi è sicuramente svantaggiosa in qualsiasi ambiente.ambiente.

Un unica sostituzione aminoacidica Un unica sostituzione aminoacidica nell’emoglobinanell’emoglobina

Fenotipo degli omozigoti per la mutazione S (anemia falciforme)

1111

In zone malaricheIn zone malariche i portatori (eterozigoti per la mutazione i portatori (eterozigoti per la mutazione S) S)

sono avvantaggiati rispetto agli omozigoti selvatici. In ambiente sono avvantaggiati rispetto agli omozigoti selvatici. In ambiente

non malarico i portatori e gli omozigoti per l’allele selvatico non malarico i portatori e gli omozigoti per l’allele selvatico

hanno la stessa fitness.hanno la stessa fitness.

Selezione a favore dell’eterozigoteSelezione a favore dell’eterozigote

Portatori sani

Affetto

Selvatico

La resistenza alla malaria degli eterozigoti è dovuta al fatto che il La resistenza alla malaria degli eterozigoti è dovuta al fatto che il

Plasmodio non riesce a completare il suo ciclo nei loro globuli rossi, Plasmodio non riesce a completare il suo ciclo nei loro globuli rossi,

a vita brevea vita breve

1212

Il vantaggio dell’eterozigote nelle regioni malaricheIl vantaggio dell’eterozigote nelle regioni malariche

Alcune varianti alleliche del gene Alcune varianti alleliche del gene (la variante (la variante S in S in Africa, le varianti Africa, le varianti Thal nel Mediterraneo) di per sé Thal nel Mediterraneo) di per sé dannose, hanno frequenze elevate in regioni dannose, hanno frequenze elevate in regioni malariche (o ex malariche).malariche (o ex malariche).

L’alta frequenza (fino al 30%) dell’allele S o L’alta frequenza (fino al 30%) dell’allele S o dell’allele dell’allele hal nelle regioni malariche, è dovuta al hal nelle regioni malariche, è dovuta al fatto che l’eterozigote, a differenza dell’omozigote fatto che l’eterozigote, a differenza dell’omozigote sano (che possiede due alleli sano (che possiede due alleli normali), normali), non si non si ammala di malariaammala di malaria quindi ha > probabilità di quindi ha > probabilità di riprodursi trasmettendo i suoi geni (quindi anche riprodursi trasmettendo i suoi geni (quindi anche l’allele S o l’allele S o Thal) alla progenie rispetto al wild typeThal) alla progenie rispetto al wild type

1313

Mutazioni germinali e somaticheMutazioni germinali e somatiche

Per quanto riguarda la Per quanto riguarda la sede sede della mutazione è necessario della mutazione è necessario

distinguere:distinguere:

a)a) mutazioni germinalimutazioni germinali che colpiscono i gameti e possono che colpiscono i gameti e possono

essere trasmesse alla proleessere trasmesse alla prole

1414

Mutazioni germinaliMutazioni germinaliMutazioni germinali possono presentarsi in tutte le cellule germinali Mutazioni germinali possono presentarsi in tutte le cellule germinali o solo in una proporzione di esse (mosaicismo germinale) a seconda o solo in una proporzione di esse (mosaicismo germinale) a seconda dello stadio di sviluppo dell’embrione in cui sono avvenute, e una dello stadio di sviluppo dell’embrione in cui sono avvenute, e una volta trasmesse alla prole diventano “stabili”volta trasmesse alla prole diventano “stabili”

Tutte le cellule (tutte le Tutte le cellule (tutte le germinali + tutte le germinali + tutte le somatiche) portano la somatiche) portano la mutazionemutazione

1515

Mosaicismo Mosaicismo

Mutazione che interviene in una cellula dello zigote o dell’embrioneMutazione che interviene in una cellula dello zigote o dell’embrione

Tutte le cellule che originano da questa cellula porteranno la mutazioneTutte le cellule che originano da questa cellula porteranno la mutazione

L’individuo risulterà essere un mosaico di cellule normali e di celluleL’individuo risulterà essere un mosaico di cellule normali e di cellulemutatemutate

Coesistenza di 2 o + linee cellulari geneticamente distinte nello stessoCoesistenza di 2 o + linee cellulari geneticamente distinte nello stessoindividuoindividuo

1616

Mutazioni germinali e somaticheMutazioni germinali e somatiche

Per quanto riguarda la Per quanto riguarda la sede sede della mutazione è necessario della mutazione è necessario

distinguere:distinguere:

a)a) mutazioni germinalimutazioni germinali che colpiscono i gameti e possono che colpiscono i gameti e possono

essere trasmesse alla proleessere trasmesse alla prole

b)b) mutazioni somatichemutazioni somatiche che colpiscono le cellule somatiche e che colpiscono le cellule somatiche e

si esauriscono nell’individuo. La mutazione viene trasmessa si esauriscono nell’individuo. La mutazione viene trasmessa

attraverso la mitosi alla progenie della cellula colpita in attraverso la mitosi alla progenie della cellula colpita in

origine = l’individuo origine = l’individuo sarà un mosaicosarà un mosaico

1717

Mosaicismo somaticoMosaicismo somatico

La pigmentazione asimmetrica della La pigmentazione asimmetrica della pelle osservata nella sindrome di Cune pelle osservata nella sindrome di Cune Albright è associata a mutazioni nel Albright è associata a mutazioni nel gene gene GNAS1GNAS1 in alcune ma non in tutte in alcune ma non in tutte le cellule le cellule

1818

MutazioneMutazione

Può essere minima, riguardare cioè una singola coppia di basi nel DNAPuò essere minima, riguardare cioè una singola coppia di basi nel DNA

MUTAZIONE PUNTIFORMEMUTAZIONE PUNTIFORME

oppure implicare regioni piu’ estese dentro un geneoppure implicare regioni piu’ estese dentro un gene

MUTAZIONE GENICAMUTAZIONE GENICA

fino anche a grosse porzioni del genomafino anche a grosse porzioni del genoma

MUTAZIONE CROMOSOMICAMUTAZIONE CROMOSOMICA

1919

- - anomalie di numeroanomalie di numero (POLIPLOIDIE, ANEUPLOIDIE) (POLIPLOIDIE, ANEUPLOIDIE)

conseguenza di anomalie nella fecondazione o di errori di conseguenza di anomalie nella fecondazione o di errori di

segregazione dei cromosomi durante la formazione dei segregazione dei cromosomi durante la formazione dei

gametigameti

Mutazioni cromosomicheMutazioni cromosomiche

2020

presenza di un numero di cromosomi corrispondente a un multiplo del presenza di un numero di cromosomi corrispondente a un multiplo del

corredo aploide (n)corredo aploide (n)

PoliploidiaPoliploidia

2121

presenza di un numero di cromosomi corrispondente a un multiplo del presenza di un numero di cromosomi corrispondente a un multiplo del

corredo aploide (n). Es: triploidia 3ncorredo aploide (n). Es: triploidia 3n

PoliploidiaPoliploidia

Origine della triploidia: difetto di fertilizzazioneOrigine della triploidia: difetto di fertilizzazione

uovo aploide fecondato da due spermatozoi aploidiuovo aploide fecondato da due spermatozoi aploidi

fecondazione tra gamete diploide e gamete aploidefecondazione tra gamete diploide e gamete aploide

2222

Nelle piante è possibile indurre la poliploidia usando Nelle piante è possibile indurre la poliploidia usando determinate sostanze chimichedeterminate sostanze chimiche

colchicina

Non disgiunzione meioticaGameti diploidi

2323

La poliploidia è comune nelle felci, nelle piante da fiore, nel La poliploidia è comune nelle felci, nelle piante da fiore, nel frumento, sia in natura che nelle varietà selezionate dall’uomofrumento, sia in natura che nelle varietà selezionate dall’uomo

2424

La poliploidia è rara negli animali, nei La poliploidia è rara negli animali, nei mammiferi è sempre incompatibile con la vitamammiferi è sempre incompatibile con la vita

2525

AneuploidiaAneuploidia

Aneuploidia: presenza di cromosomi in più o in meno rispettoAneuploidia: presenza di cromosomi in più o in meno rispetto

al corredo diploide (2n+1, 2n-1…)al corredo diploide (2n+1, 2n-1…)

2626

Effetto aneuploidieEffetto aneuploidie

Diminuisce o aumenta la quantità di mRNA e quindi di proteine Diminuisce o aumenta la quantità di mRNA e quindi di proteine

sintetizzate (vale per tutti i geni localizzati sul cromosoma sintetizzate (vale per tutti i geni localizzati sul cromosoma

interessato)interessato)

Sbilanciamento del dosaggio genicoSbilanciamento del dosaggio genico

2n + 12n - 1 2n

2727

- anomalie di numero (ANEUPLOIDIE, POLIPLOIDIE)

conseguenza di errori di segregazione dei cromosomi

durante la formazione dei gameti, o di anomalie nella

fecondazione

Mutazioni cromosomicheMutazioni cromosomiche

- anomalie di struttura

conseguenza di rotture cromosomiche

2828

Anomalie di struttura dei cromosomiAnomalie di struttura dei cromosomi

*

2929

Conseguenze delle anomalie strutturaliConseguenze delle anomalie strutturali

Duplicazioni/delezioni: sbilanciamento del Duplicazioni/delezioni: sbilanciamento del dosaggio genico (monosomia / trisomia dosaggio genico (monosomia / trisomia parziale) parziale)

Inversioni/traslocazioni: potrebbe esserci Inversioni/traslocazioni: potrebbe esserci rottura genica (la rottura avviene proprio rottura genica (la rottura avviene proprio all’interno di un gene)all’interno di un gene)

3030

Esempio di traslocazione reciproca 9-22 in Esempio di traslocazione reciproca 9-22 in CML (leucemia mieloide cronica)CML (leucemia mieloide cronica)

Avviene nelle cellule staminali ematopoieticheAvviene nelle cellule staminali ematopoieticheLa rottura avviene a livello di due geni, con formazione di un gene di fusioneLa rottura avviene a livello di due geni, con formazione di un gene di fusioneLa proteina di fusione bcr-abl porta a crescita cellulare incontrollataLa proteina di fusione bcr-abl porta a crescita cellulare incontrollata

3232

MutazioneMutazione

Può essere minima, riguardare cioè una singola coppia di basi nel DNAPuò essere minima, riguardare cioè una singola coppia di basi nel DNA

MUTAZIONE PUNTIFORMEMUTAZIONE PUNTIFORME

3333

MutazioniMutazioni conseguenze (1) conseguenze (1)

Un’alta % (98%) del nostro genoma contiene regioni non codificanti.Un’alta % (98%) del nostro genoma contiene regioni non codificanti.

Le mutazioni che riguardano queste regioni non hanno di solito alcuna Le mutazioni che riguardano queste regioni non hanno di solito alcuna

particolare conseguenza sul fenotipo, sono quindi selettivamente neutreparticolare conseguenza sul fenotipo, sono quindi selettivamente neutre

3434

Negli eucarioti i singoli geni sono separati da lunghissime Negli eucarioti i singoli geni sono separati da lunghissime sequenze non codificantisequenze non codificanti

Gene 1 Gene 2

Gene 3

mutazionemutazione

3535

Queste mutazioni sono selettivamente neutre, Queste mutazioni sono selettivamente neutre,

determinano determinano la variabilità genetica individualela variabilità genetica individuale

polimorfismi del DNA polimorfismi del DNA

(SNP, VNTR, SSRs)(SNP, VNTR, SSRs) Identificazione Identificazione

individualeindividuale

(medicina forense,(medicina forense,

paternità)paternità)

I polimorfismi si trovano in zone del DNA che non hanno alcuna I polimorfismi si trovano in zone del DNA che non hanno alcuna funzione codificante: rappresentano delle varianti funzione codificante: rappresentano delle varianti fenotipicamente invisibili che hanno l’utilità di marcare fenotipicamente invisibili che hanno l’utilità di marcare molecolarmente la variabilità fra individuo e individuo.molecolarmente la variabilità fra individuo e individuo.

3636

Polimorfismi del DNA esempio: Microsatelliti (o Short Tandem Repeats)

sequenze ripetute di DNA non codificante costituiti da unità di ripetizione

molto corte (1-5 bp). Per un determinato microsatellite possono esistere

numerosi alleli diversi, che differiscono tra loro per il numero di ripetizioni

Trinucleotide repeat CTTTrinucleotide repeat CTTGli alleli differiscono per il numero delle ripetizioni CTTGli alleli differiscono per il numero delle ripetizioni CTT

3737

Poiché il numero di varianti alleliche (numero di ripetizioni) al singolo locus

(microsatellite) presenti nella popolazione è elevato, è probabile che individui

diversi abbiano genotipi diversi

7,87,8

7,97,9

6,106,10

8,98,9

8,88,8

6,86,8

3838

Applicazioni in medicina legaleApplicazioni in medicina legale

L’analisi contemporanea di tanti polimorfismi permette di identificare L’analisi contemporanea di tanti polimorfismi permette di identificare un singolo individuo in modo pressochè univocoun singolo individuo in modo pressochè univoco

Genotipo individuo sospetto 1 al locus A: A2/A4Genotipo individuo sospetto 1 al locus A: A2/A4 , al locus B: B3/B7, al locus B: B3/B7Genotipo individuo sospetto 2 al locus A: A2/A5, al locus B: B4/B4Genotipo individuo sospetto 2 al locus A: A2/A5, al locus B: B4/B4

Genotipo tracce biologiche sul luogo del delitto: A2/A5Genotipo tracce biologiche sul luogo del delitto: A2/A5 B4/B4 B4/B4

polimorfismo A polimorfismo B

3939

Mutazioni intragenicheMutazioni intrageniche

mutazionemutazionemutazionemutazione

Una mutazione che cade in sequenze regolatrici potrebbe Una mutazione che cade in sequenze regolatrici potrebbe alterare il legame coi fattori di trascrizione, influendo sulalterare il legame coi fattori di trascrizione, influendo sullivello di trascrizione del gene (quantità di mRNA)livello di trascrizione del gene (quantità di mRNA)

GeneGenepromotorepromotore

4040

mutazione

Esone Esone Esone introne introne

splicing

Mutazioni che avvengono nelle sequenze introniche di solito non hanno Mutazioni che avvengono nelle sequenze introniche di solito non hanno effetto sul fenotipo, a meno che non cadano in particolari sequenzeeffetto sul fenotipo, a meno che non cadano in particolari sequenzelocalizzate ai confini tra esone e intronelocalizzate ai confini tra esone e introne mutazioni di splicing mutazioni di splicing

Mutazioni intragenicheMutazioni intrageniche

4141

Intron retention Exon skipping

4242

mutazione

Esone Esone Esone introne introne

splicing

Mutazioni intragenicheMutazioni intrageniche

4343

Le mutazioni che riguardano porzioni codificanti di geni Le mutazioni che riguardano porzioni codificanti di geni (ESONI) di solito hanno delle conseguenze fenotipiche perché (ESONI) di solito hanno delle conseguenze fenotipiche perché possono comportare cambiamenti nella sequenza aminoacidica possono comportare cambiamenti nella sequenza aminoacidica codificata.codificata.

Es:SOSTITUZIONI DI SINGOLE BASIEs:SOSTITUZIONI DI SINGOLE BASIMUTAZIONE MISSENSO GAAMUTAZIONE MISSENSO GAAGAT (glu-asp)GAT (glu-asp)MUTAZIONE NONSENSO GAGMUTAZIONE NONSENSO GAGTAG (glu-stop)TAG (glu-stop)

N.B. spesso però una mutazione riguardante la terza base di un codone non ne cambia il significato (ridondanza codice genetico):MUTAZIONE SINONIMA (NEUTRA): GAAGAG (glu-glu)

MutazioniMutazioni conseguenze (2) conseguenze (2)

4444

missenso GAAGAT (glu-asp)

nonsenso GAGTAG (glu-stop)

sinonima GAAGAG

4545

Mutazioni in sequenza codificante e conseguenze sulla Mutazioni in sequenza codificante e conseguenze sulla traduzione: mutazione missensotraduzione: mutazione missenso

4646

Effetto di una mutazione missensoEffetto di una mutazione missenso

La mutazione potrà inserire un aminoacido con le stesse La mutazione potrà inserire un aminoacido con le stesse

caratteristiche chimiche (ingombro sterico, carica elettrica) di caratteristiche chimiche (ingombro sterico, carica elettrica) di

quello originario. In questo caso gli effetti sulla proteina saranno quello originario. In questo caso gli effetti sulla proteina saranno

minimi.minimi.

La sostituzione con un aminoacido con caratteristiche chimiche La sostituzione con un aminoacido con caratteristiche chimiche

diverse produrrà invece un cambiamento nella struttura della diverse produrrà invece un cambiamento nella struttura della

proteina e di conseguenza della sua funzioneproteina e di conseguenza della sua funzione

4747

Esempio di mutazione missensoEsempio di mutazione missenso

Anemia falciforme: mutazione missenso nel gene Anemia falciforme: mutazione missenso nel gene globina. L’acido globina. L’acido glutammico in posizione 6 (carico negativamente) viene sostituito glutammico in posizione 6 (carico negativamente) viene sostituito da valina (idrofobico)da valina (idrofobico)

4848

Esempio di mutazione missensoEsempio di mutazione missenso

La valina in posizione 6 interagisce con una valina di un’ altra molecola La valina in posizione 6 interagisce con una valina di un’ altra molecola di emoglobina, formando aggregati molecolari che precipitano nel di emoglobina, formando aggregati molecolari che precipitano nel globulo rossoglobulo rosso

4949

Mutazioni in sequenza codificante e conseguenze sulla Mutazioni in sequenza codificante e conseguenze sulla traduzione: mutazione nonsensotraduzione: mutazione nonsenso

Una mutazione nonsenso porterà alla sintesi di una proteina troncaUna mutazione nonsenso porterà alla sintesi di una proteina tronca

5050

Mutazioni in sequenze codificanti che comportano INSERZIONE/DELEZIONE Mutazioni in sequenze codificanti che comportano INSERZIONE/DELEZIONE

di basi (in n° di basi (in n° ≠ 3) causano slittamento della cornice di lettura e hanno sempre ≠ 3) causano slittamento della cornice di lettura e hanno sempre

conseguenze fenotipiche (di solito svantaggiose): conseguenze fenotipiche (di solito svantaggiose):

proteina diversa e terminazione prematura.proteina diversa e terminazione prematura.

Sono dette Sono dette MUTAZIONI FRAMESHIFTMUTAZIONI FRAMESHIFT

MutazioniMutazioni conseguenze (3) conseguenze (3)

5151

Mutazioni “frameshift”Mutazioni “frameshift”

Viene alterata la lettura di tutti i codoni a valle dell’inserzione /delezioneViene alterata la lettura di tutti i codoni a valle dell’inserzione /delezioneDelezione di 3nt non provoca frameshiftDelezione di 3nt non provoca frameshift

5252

Gli alleli A e B codificano per due glicosiltransferasi con diversa Gli alleli A e B codificano per due glicosiltransferasi con diversa specificitàspecificitàL’allele 0 codifica per una forma inattiva di glicosiltransferasiL’allele 0 codifica per una forma inattiva di glicosiltransferasi

Antigeni di superficie: il gruppo sanguigno AB0Antigeni di superficie: il gruppo sanguigno AB0

5353

Esempio mutazione frameshiftEsempio mutazione frameshift

Delezione di singolo nucleotide nell’ allele 0 del locus AB0 Delezione di singolo nucleotide nell’ allele 0 del locus AB0

provoca cambiamento del modulo di lettura dal codone 86 e provoca cambiamento del modulo di lettura dal codone 86 e

terminazione prematura 30 aa dopo. La glicosiltransferasi terminazione prematura 30 aa dopo. La glicosiltransferasi

codificata dall’allele 0 è inattiva.codificata dall’allele 0 è inattiva.

5454

Esempio di delezione di 3 nucleotidiEsempio di delezione di 3 nucleotidi

Fibrosi Cistica: delezione di un codone nel gene CFTR che Fibrosi Cistica: delezione di un codone nel gene CFTR che porta alla sintesi di un polipeptide mancante di un aminoacidoporta alla sintesi di un polipeptide mancante di un aminoacido

5555

SPONTANEASPONTANEA

insorge in assenza di agenti mutageni esterni ed è prodotta da errori insorge in assenza di agenti mutageni esterni ed è prodotta da errori

nei processi di ricombinazione, replicazione e/o riparazione del nei processi di ricombinazione, replicazione e/o riparazione del

DNA DNA

INDOTTAINDOTTA

da agenti mutageni chimici o fisicida agenti mutageni chimici o fisici

MUTAZIONIMUTAZIONICAUSECAUSE

5656

Mutazione da errore di ricombinazione:Mutazione da errore di ricombinazione:crossing over inegualecrossing over ineguale

5757

Il processo di replicazione del DNA rappresenta la principale fonte di Il processo di replicazione del DNA rappresenta la principale fonte di mutazioni. Tutti gli organismi possiedono due meccanismi fondamentali di mutazioni. Tutti gli organismi possiedono due meccanismi fondamentali di salvaguardia della fedeltà dell’informazione molecolare:salvaguardia della fedeltà dell’informazione molecolare:Correzione di bozzeCorrezione di bozze (corregge gli errori di appaiamento commessi dalla (corregge gli errori di appaiamento commessi dalla DNA polimerasi mentre la replicazione è in corso)DNA polimerasi mentre la replicazione è in corso)

Riparazione degli appaiamenti erratiRiparazione degli appaiamenti errati dopo replicazione del DNA dopo replicazione del DNA

C G T GAACTG C G T GAACTGG C A T G C A

T

C T T . . .

Mutazione da errore di replicazioneMutazione da errore di replicazione

5858

Il tasso naturale di mutazione del DNA viene Il tasso naturale di mutazione del DNA viene

incrementato dall’interazione ambientale con agenti incrementato dall’interazione ambientale con agenti

chimici e fisici chimici e fisici

MUTAGENIMUTAGENI

Mutazioni indotte da agenti mutageniMutazioni indotte da agenti mutageni

5959

Mutageni chimiciMutageni chimici

Esistono varie sostanze chimiche Esistono varie sostanze chimiche

che interagiscono con il DNA modificando e/oche interagiscono con il DNA modificando e/o

danneggiando le basi azotate e causano appaiamenti danneggiando le basi azotate e causano appaiamenti

erratierrati

6060

Mutageni chimiciMutageni chimici

I mutageni chimici possono causare sostituzioni di nucleotidi I mutageni chimici possono causare sostituzioni di nucleotidi

esempio: aflatossina B1 esempio: aflatossina B1

micotossina presente in alcune muffe. In condizioni ambientali micotossina presente in alcune muffe. In condizioni ambientali

favorevoli le spore degli favorevoli le spore degli AspergillusAspergillus germinano e germinano e

successivamente colonizzano svariate tipologie di alimenti, quali successivamente colonizzano svariate tipologie di alimenti, quali

mais, arachidi ed altri semi oleosi. mais, arachidi ed altri semi oleosi.

6161

Mutageni chimiciMutageni chimici

I mutageni chimici possono causare inserzioni o delezioni di I mutageni chimici possono causare inserzioni o delezioni di

nucleotide nucleotide

Esempio: benzopirene Esempio: benzopirene

nel fumo di sigaretta, nello scarico dei motori Diesel, nella nel fumo di sigaretta, nello scarico dei motori Diesel, nella

carbonizzazione dei cibi…carbonizzazione dei cibi…

6262

Fumo, cancro e riparazione del DNAFumo, cancro e riparazione del DNALa capacità di riparare i danni al DNA arrecati dal La capacità di riparare i danni al DNA arrecati dal fumo (ossidazione delle guanine) dipende dall’ enzima fumo (ossidazione delle guanine) dipende dall’ enzima OGGOGG (8-oxoguanine DNA N-glycosylase). (8-oxoguanine DNA N-glycosylase).

Esiste una variabilità individuale nella produzione Esiste una variabilità individuale nella produzione dell’enzima.dell’enzima.La variante allelica 326 Ser del gene hOGG1 ha La variante allelica 326 Ser del gene hOGG1 ha un’attività enzimatica maggiore della variante 326 un’attività enzimatica maggiore della variante 326 Cys.Cys.

I fumatori non hanno tutti lo stesso rischio di cancro: I fumatori non hanno tutti lo stesso rischio di cancro: chi ha bassa attività di OGG ha un rischio decisamente chi ha bassa attività di OGG ha un rischio decisamente maggiore (30-120 volte) di chi, a parità di n° sigarette maggiore (30-120 volte) di chi, a parità di n° sigarette fumate, ha naturalmente alti livelli di OGGfumate, ha naturalmente alti livelli di OGG

Il danno finale è il risultato di due fattori di rischio indipendenti: Il danno finale è il risultato di due fattori di rischio indipendenti: Il fumo + la ridotta capacità di riparare le guanine modificateIl fumo + la ridotta capacità di riparare le guanine modificate

6363

Mutageni fisiciMutageni fisici Radiazioni UV a bassa energia, poco penetrantiRadiazioni UV a bassa energia, poco penetranti

Radiazioni ionizzanti (raggi X, raggi Radiazioni ionizzanti (raggi X, raggi , , , , ), ad alta ), ad alta

energia, altamente penetrantienergia, altamente penetranti

6464

Meccanismo di mutagenicità UVMeccanismo di mutagenicità UV Il danno è localizzato a livello superficialeIl danno è localizzato a livello superficiale

(pelle)(pelle)

Inducono la formazione di dimeri di timinaInducono la formazione di dimeri di timina

(formazione di legame covalente tra due T (formazione di legame covalente tra due T

adiacenti sullo stesso filamento)adiacenti sullo stesso filamento)

Per ogni secondo di esposizione al sole si producono 50-100 Per ogni secondo di esposizione al sole si producono 50-100

dimeri in ogni cellula della pelle di cui il 2% cadono in dimeri in ogni cellula della pelle di cui il 2% cadono in coding coding

sequencessequences

6565

Meccanismo di mutagenicità radiazioni Meccanismo di mutagenicità radiazioni ionizzantiionizzanti

A causa della loro alta energia hanno un forte potere A causa della loro alta energia hanno un forte potere

penetrantepenetrante

Trasferiscono energia alle molecole biologiche con cui Trasferiscono energia alle molecole biologiche con cui

collidono (DNA, lipidi, proteine) modificandole e collidono (DNA, lipidi, proteine) modificandole e

danneggiandoledanneggiandole

6666

Danni al DNA da radiazioni ionizzantiDanni al DNA da radiazioni ionizzanti

a)a) Rottura di Rottura di singolo singolo filamentofilamentoaa

bb

cc

dd

d)d) Rimozione di Rimozione di singole basisingole basi

c)c) Modificazione Modificazione chimica delle basichimica delle basi

b)b) Rottura del doppio Rottura del doppio filamentofilamento