De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11

MUTAZIONI SPONTANEEMUTAZIONI SPONTANEE MUTAZIONI INDOTTEMUTAZIONI INDOTTE

Frequenza di mutazione: numero di volte in cui una mutazione si verifica in una

popolazione

Tasso di mutazione: probabilità che una mutazione si verifichi nel tempo.Nell’uomo il tasso di mutazione spontanea per un singolo gene è 10-4 – 10-5 / gene / generazione

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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 3,2 x 109 basi

DNA polimerasi III (5’ 3’) compie errori con frequenza di 1/105 basi.Sistema di correzione di bozze (3’ 5’) riduce gli errori 1/107

Ad ogni ciclo replicativo 320 mutazioni

ogni secondo si replicano 109 cellule

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La tautomeria è una particolare condizione per la quale una molecola si presenta sotto due diverse forme pur avendo lo stesso numero di atomi. Le basi possono passare dallo stato chetonico normale a quello enolico raro; dalla forma iminica normale a quella aminica rara

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Meccanismi spontanei di Meccanismi spontanei di insorgenza di mutazioni insorgenza di mutazioni

conseguenti a daneggiamenti conseguenti a daneggiamenti del DNAdel DNA

DepurinazioneDepurinazione: viene persa una guanina o una adenina. Si rompe il legame glicosidico. Se la mutazione non viene riparata, durante la replicazione nell’elica di nuova sintesi potrà essere incorporato qualunque nucleotide

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Meccanismi spontanei di Meccanismi spontanei di insorgenza di mutazioni insorgenza di mutazioni

conseguenti a daneggiamenti conseguenti a daneggiamenti del DNAdel DNA

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La presenza di 5-metil-citosina nel genoma identifica i punti caldi di punti caldi di mutazione, mutazione, cioè i punti in cui il tasso di mutazione è superiore alla norma.

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5-bromo-uracile (5BU): è una

analogo di base. Chimicamente simile

alla timina.

Nello stato normale si comporta come la

timina, mentre nello stato raro come la

citosina.

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Nella molecola di DNA la sua presenza può portare alla sostituzione della coppia TA in CG.

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Agenti alchilanti: introducono mutazioni in seguito a metilazione. Una guanina metilata si comporta come una adenina.Una timina metilata si comporta come una citosina

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Agenti intercalanti: molecole capaci di inserirsi tra le basi.Chimicamente simili alle purine

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In seguito all’inserimento di

un agente intercalante in

una molecola di DNA, al

momento della duplicazione

può produrre inserzioni o

delezioni, sulla base del fatto

che questo si inserisca sul

filamento stampo o sul

filamento di nuova sintesi

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Lo spettro elettromagnetico

380nm

blu

verde

giallo

rosso

750nm

LUCE VISIBILE

Onde radioMicroondeUVRaggi XRaggigamma

Raggicosmici

Infrarossi

10-5nm 10-3nm 1nm 103 nm 106 nm 109nm 103mlunghezza d’onda

radiazione ionizzanteLivello energetico

piu’ alto piu’ basso

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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.

by GP&NA

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Carico da radiazione naturale nell’uomo

sorgente di radiazione dose in mSv(millisievert )/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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causa o pratica medica dose equivalente

radiografia convenzionale 1 mSv

tomografia computerizzata 3 ~ 4 mSv

PET, tomografia ad emissione di positroni 10 ~ 20 mSv

scintigrafia 10 ~ 20 mSv

radioterapia 10 ~ 40 mSv

dose equivalente effetti biologici

1 Sv alterazioni temporanee dell'emoglobina

2 ~ 5 Sv nausea, perdita dei capelli, emorragie

4 Sv morte nel 50% dei casi

6 Sv soppravvivenza improbabile

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I tetrameri di HbS sono instabili nella forma deossigenata e quando la saturazione scende

al di sotto dell’85% polimerizzano formando strutture paracristalline bastoncellari, I

tattoidi. Queste strutture sono insolubili, precipitano all’interno del globulo rosso e ne

causano una distorsione morfologica. I globuli rossi falciformi hanno un tempo di

sopravvivenza ridotto e ciò causa l’anemia. Inoltre, a causa della rigidità della loro

struttura non sono in grado di attraversare appropriatamente I vasi sanguigni

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11_14.jpgFibrosi cistica

emofilia poliposi adenomatosa familiare

Xeroderma Pigmentoso Anemia Falciforme

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Esiste una correlazione tra numero di ripetizioni, gravità della malattia ed etàd’insorgenza.

Anticipazione: nel passaggio da una generazione all’altra si abbassa l’età d’insorgenza e/o si aumenta la gravità della malattia. I genitori con la malattia in forma lieve hannofigli che iniziano precocemente a mostrare I segni clinici della malattia, con sintomi piùgravi.

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X fragile(309550)

Frequenza: 1/4000 maschi.

Ereditarietà: Legata al cromosoma X. Malattia causata da mutazione dinamica.

Genetica: Nel 1991 è stato identificato il gene responsabile. La mutazione è caratterizzata dall’amplificazione di un tratto di DNA costituito da una specifica sequenza ripetuta (CGG). Nei soggetti normali è presente un numero di ripetizioni variabili da 6 a 55. Esistono due differenti tipi di mutazione: la premutazione (56-200) e la mutazione completa (>200). La probabilità di espansione aumenta con le dimensioni della premutazione e quindi con il passare delle generazioni (Paradosso di Sherman).

Diagnosi: La diagnosi molecolare (Southern blot) permette di individuare anche gli individui con la premutazione.

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Malattia di Huntington(143100)

Frequenza: 5-10/100.000 nati vivi

Ereditarietà: autosomica dominante. Malattia causata da mutazione dinamica

Genetica: Il gene responsabile della malattia ed il suo prodotto proteico sono stati identificati. Il gene definito Intersting Transcript (IT-15), èlocalizzato sul braccio corto del cromosoma 4 (4p16.3). La malattia èassociata all’amplificazione patologica di una specifica sequenza ripetuta (CAG) nell’allele mutato. Nella popolazione normale la tripletta è ripetuta 10-30 volte. Nei pazienti affetti il numero di ripetizioni varia da 36 a più di 100. Un numero intermedio di espansioni 30-35 volte, è considerato una premutazione.

Diagnosi: Il test genetico si basa sulla determinazione del numero di espansione della tripletta.

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De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11Patologie legate a delezioni:

Sindrome del cri du chatSindrome del cri du chat (delezione del braccio corto del cromosoma 5)

Sindrome di Prader Sindrome di Prader –– WilliWilli (delezione del braccio del cromosoma 15

Delezione 13q14

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Nel cromosoma si formano due fratture: ed il frammento tagliato viene reinserito dopo aver effettuato una rotazione di 180 gradi. L’inversione può comprendere o meno il centromero. Poichè non comporta la perdita o l’acquisizione di materiale genetico, in molti casi non mostra alcuna alterazione fenotipica.

Tuttavia, durante la divisione meiotica (appaiamento dei cromosomi omologhi) causa alterazioni importanti.

L'inversione pericentrica della regione eterocromatica del cromosoma 9 è la più comune anomalia di struttura del cariotipo umano: oltre 1% delle persone sono eterozigoti per questo riarrangiamento che non ha nessun effetto fenotipico

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La traslocazione sposta il proto-oncogene c-MYC dal crom8 al crom14, a valle del promotore delle immunoglobuline. La conseguenza è un iperespressione di c-MYC che causa la trasformazione tumorale.

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Translocazione Translocazione robertsonianarobertsonianaTrasferimento di una estremità di un cromosoma sul centromero di un cromosoma acrocentrico

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EUPLOIDIAEUPLOIDIA: stato in cui la cellula presenta un normale corredo cromosomico.

PoliploidiaPoliploidia causata da:

•Endomitosi (la separazione dei cromatidi avviene dentro al nucleo che non si dissolve)•Endoreduplicazione (non si forma il fuso mitotico ed I cromosomi duplicati non si separano)

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PoliploidiaPoliploidia causata da:

•Endomitosi (la separazione dei cromatidi avviene dentro al nucleo che non si dissolve)•Endoreduplicazione (non si forma il fuso mitotico ed I cromosomi duplicati non si separano)

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ANEUPLOIDIAANEUPLOIDIA: Il numero cromosomico varia rispetto alla condizione normale, riguardando coppie o singoli cromosomi.

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Una cellula aneuploide si origina in genere durante la I o la II divisione meiotica (ma anche durante la mitosi) per un errore di ripartizione dei cromosomi omologhi o dei cromatidi fratelli (fenomeni di non – disgiunzione).

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The primary oocytes are formed prenatally and they remain suspended in prophase of meiosis I for decades until the onset of puberty.

An oocyte completes meiosis I as its follicle matures, resulting in a secondary oocyte and the first polar body.

After ovulation, each oocyte continues to metaphase of meiosis II.

Meiosis II is completed only if fertilization occurs, resulting in a fertilized mature ovum and the second polar body.

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SINDROME DI EDWARDS

1/6500

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SINDROME DI PATAU

1/10000

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1/1000

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3/10000

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De Leo - Fasano - Ginelli – Biologia e Genetica, II Ed. – Capitolo 11MOSAICISMOMOSAICISMO: causato da errori di non – disgiunzione che si verificano durante le

prime divisioni mitotiche post-zigotiche. L’organismo presenterà così linee cellulari

diverse per assetto cromosomico.

I soggetti con mosaicismi presentano quadri clinici più lievi rispetto a quelli osservabili in

individui con la singola situazione di aneuploidia. Il mosaicismo può interessare sia I

cromosomi autosomici, che quelli sessuali.

Nei casi di mosaicismo si potrebbe osservare persino polipolidia in alcune linee cellulari.

La poliploidia in tutte le cellule dell’organismo è invece non compatibile con la vita.