CORSO INTEGRATO DI GENETICA -...

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1 CORSO INTEGRATO DI GENETICA a.a.2010-2011 Prof. Pier Franco Pignatti 20.10.2010 Lezioni N. 15 e16 Mutagenesi e malattie da difetto di riparazione Neri-Genuardi cap 10 Xeroderma pigmentoso, Atassia teleang., Anemia di Fanconi, S. Bloom, S. Lynch MUTAZIONI SPONTANEE Avvengono durante la vita normale della cellula, cioè in individui non esposti a mutageni o radiazioni. Costituiscono il materiale usato dalla selezione naturale per l’evoluzione biologica. Cause possibili: tautomeria, deaminazione, depurinazione delle basi; radicali liberi; errori replicativi, riparativi o ricombinativi Da: E. Friedberg, DNA Rapair, Freeman 1985

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CORSO INTEGRATO DI GENETICA

a.a.2010-2011Prof. Pier Franco Pignatti

20.10.2010Lezioni N. 15 e16

Mutagenesi e malattie da difetto di riparazioneNeri-Genuardi cap 10

Xeroderma pigmentoso, Atassia teleang., Anemia di Fanconi, S. Bloom, S. Lynch

MUTAZIONI SPONTANEE

Avvengono durante la vita normale della cellula, cioè in individui non esposti a mutageni o radiazioni. Costituiscono il materiale usato dalla selezione naturale per l’evoluzione biologica.

Cause possibili: tautomeria, deaminazione, depurinazione delle basi; radicali liberi; errori replicativi, riparativi o ricombinativi

Da: E. Friedberg, DNA Rapair, Freeman 1985

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Friedberg, DNA repair, Freeman 1985

TAUTOMERIA delle BASIT-A

Ten-G

C- G

G-C

Gen-T

A- T

C-G

Cim-A

T- A

A-T

Aim-C

G- C

: replicazione: errore repicativo per tautomeria

DEAMINAZIONE

Le transizioni C/T rappresentano il 35-50% di tutte le mutazioni puntiformi nell’uomo. Il dinucleotideCpG muta per deaminazione 8,5 volte piùdell’atteso: 5MeC è “hot spot” di mutazione (anche C viene deaminata a U, ma il DNA viene riparato)

CMe-G

T-G

T-A

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DEPURINAZIONE

T C G C C T AA G C G G A T

T C C C T AA G C G G A T

Sito AP

In condizioni fisiologiche, sono perdute giornalmente circa 5.000 purine per genoma di mammifero per rottura del legame beta-glicosidico

MUTAZIONI INDOTTEMutageni fisici

Radiazioni ionizzanti (raggi X, γ, cosmici, radioattività artificiale e naturale), radiazioni UV

Mutageni chimiciDeaminanti, analoghi delle basi, alchilanti, intercalanti, prodotti di pirolisi, sostanze naturali, prodotti sintetici

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MUTAGENESI DA RAGGI X

Hartl. Genetica Umana, Zanichelli 1986

(senza frazionamento di dose)

Curtoni et al, Manuale di Genetica, UTET 1991

ESPOSIZIONE PRENATALE alle ESPLOSIONI ATOMICHE

8-15 settimane: divisione e migrazione delle cellule nervose nella corteccia cerebrale

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EFFETTI DELL’INCIDENTE NUCLEARE di CHERNOBYL (Aprile 1986)

EFFETTI DELLE RADIAZIONI UV

Lewin, Il gene IV, Zanichelli 1992

anello ciclobutilico

Un dimerodi Timina èprodotto dalla formazionedi legami covalenti fra basiadiacenti

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Deaminanti

Analoghi delle basi

Alchilanti

Intercalanti

Hartl, Genetica Umana, Zanichelli 1996

Alcuni MUTAGENI CHIMICI

C-G

U-G

U-A

HNO2

T-A

MUTAGENESI DA DEAMINANTI

A-T

H-T

H-C

G-C

Modificazione della base

Replicazione

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C-G

BUen -G

BUch-A

BrdU

T-A

MUTAGENESI DA ANALOGO DI BASE

T-A

BUch-A

BUen-G

C-G

Errore di incorporazione Errore di replicazione

MUTAGENESI DA ALCHILANTI

Magni, Quaderni di Biologia 11, Piccin 1976

7 alchil G7 alchil G

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MUTAGENESI DA INTERCALANTI

Magni, Quaderni di Biologia 11, Piccin 1976

MUTAGENI AMBIENTALISostanze naturali: es. aflatossinaProdotti di pirolisi: es. cibi cotti, tabaccoProdotti sintetici: es. additivi alimentari,

cosmetici, tinture permanenti capelli, farmaci citostatici e immunodepressivi, insetticidi e fungicidi, erbicidi e fitormoni, casa (ipoclorito sodio), lavoro (cloruro vinile, diossina), atmosfera (formaldeide, fumo di sigaretta)

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NEJM 330:907, 1994

IL COSTO UMANO DELL’USO DEL TABACCO

MUTAGENI E CANCEROGENI

his-

Revertentihis+

Test di Amesper tre tinture di capelli

Curtoni et al, Manuale di Genetica, UTET 1991; Friedberg, DNA repair, Freeman 1985; Mange e Mange Genetica e l’Uomo, Zanichelli 1993

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RISPOSTA al DANNO del DNA

Rovesciamento del danno: fotoriattivazione, riparo di O6-alchilG, inserzione di Pu, legatura di incisione (SSB), riparazione della rottura del doppio filamento (DSB)

Excisione del danno: excisione di base (BER), di nucleotide (NER), accoppiata a trascrizione (TC-NER), da accoppiamento errato (MMR)

Tolleranza del danno: sintesi translesione(TLS)

Friedberg E et al DNA repair and mutagenesis, ASM Press 2006

RISPOSTA AL DANNO DEL DNA

Friedberg, Nature 2003; 421:436

MMR NER BER

TOLLERANZA

RIPARAZIONE

: danno al DNA

: riparaz. per excisionee sintesi DNA

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MALATTIE DA DIFETTO DI RIPARAZIONE

Curtoni et al, Manuale di Genetica, UTET 1991

XP

AT

FA

BS

Gruppi

Compl.

9*

6

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1-2

*XP: es. gruppo D (DNA elicasi), E (DNA BP), …

(Malattie AR)

Test di complementazione

Test per deficit riparazione DNA: cellule di un paziente sono trasformate da DNA umano normale o estratto da pazienti con altro gene malattia che ripristina fenotipo N

Strachan e Read, Genetica umana molecolare, UTET 2001, p.61

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XERODERMA PIGMENTOSUM (XP)

Friedberg DNA repair Freeman 1985

RR Ca cute: 10.000x

Difetto di riparazione in cellule XPc.normali irradiate c.XP irradiate

Difetto NER e sintesi translesione. XPV: Mutazioni DNA Pol eta, che normalmente può inserire due A in sito di fronte a dimero T (Biertumpfel C et al; Silverstein TD et al, 2010)

Test UDS: in XP non c’èsintesi di DNA in cellule non in fase S

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Friedberg, DNA repair, Freeman 1985

ATASSIA TELEANGIECTASIA (AT)

Friedberg, DNA repair, Freeman 1985

Riparazione in Atassia Teleangiectasia

Gene ATM (AT Mutated):sensore del danno al DNA. Difetto risposta rotture DNA

Test di incorpora-zione H3T

Test di crescita cellulare

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Gelehrter Collins, Manuale di Genetica Medica, Masson 1992

ANEMIA DI FANCONI

Test DEB: instabilitàgenomicain FA

Difetto riparazione legami crociati

Friedberg, DNA repair, Freeman 1985

SINDROME DI BLOOM (BS)

Gene BLM: DNA elicasi

Aumento frequenza SCE

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Scambio di cromatidi fratelli (SCE) in BS

Friedberg E et al DNA repair and mutagenesis, ASM Press 2006

SCE “cromosomi arlecchino” 5-10x in BS

HNPCC: tumore ereditario non poliposicodel colon. Difetto MMR (e BER)

Difetto di riparazione in HNPCC (o S.Lynch)

Read e Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg. 318

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INSTABILITA’ dei MICROSATELLITI in HNPCC

Lynch HT e A de la Chapelle NEJM 2003

Per il marcatore BAT (ripetizione di 1N) il tumore ha 1 nuovo allele (doppie frecce) che ha perso circa 5 N. Per D2S(ripetizione di 2 N), 2 nuovi alleli (triple frecce): uno con perdita di circa 10 N (a sin), uno con aggiunta di 2 N (a destra).

Test MSI

Riparazione del DNA e durata della vita

Kornberg, DNA replication, Freeman 1980

La durata della vita è diminuita nelle sindromi progeroidi con difetto di riparazione del DNA: Werner(DNA elicasi), Cockayne, TTD, AT