Mutaciones Genéticas y Mecanismos de Reparación - 31/10/2024 - PDF

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Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz CONTINUACIÓN TEMA 5: MUTACIÓN GÉNICA Y MECANISMOS DE REPARACIÓN En la clase de hoy se van a dar las causas que pueden generar variantes puntuales, se dividen en dos tipos. 1. MUTACIONES ESPONTÁNEAS (endógenas) 1.1. MODIFICACIÓN QUÍMICA DE LAS BASES Cómo las bases se pueden modificar desde el punto de vista químico para incorporar mutaciones en la célula. Despurinaciones: Se pierde la purina (base nitrogenada adenina o guanina) de la estructura del nucleótido (desoxirribosa, fosfato y base nitrogenada). Este proceso está inducido por la temperatura entre una purina y la desoxirribosa. Se llegan a perder 10.000 purinas en 24 horas, aunque para arreglarlo existen mecanismos celulares capaces de frenar las despurinaciones o revertirlas. Las despurinaciones son más comunes que las despirimidaciones. 1  Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz Pregunta de clase: ¿Las mutaciones ocurren en ADN extragénico o en genes funcionales? R: Estas alteraciones pueden afectar a cualquier parte del genoma, ya sea fuera o dentro del gen. Se puede tolerar más una variante en regiones que no tienen una implicación funcional elevada, que en genes que son específicos de un tejido concreto, o que son ubicuos porque se tienen que expresar en cualquier célula de cualquier tejido, si los alteramos en cualquier punto, lo que puede ocurrir es que falle la expresión de la proteína pudiendo derivar en una patología. Hay que tener en cuenta que aunque las variantes genéticas que tenemos se suelen describir como heredadas paternales, a medida que va pasando el tiempo, por fuentes endógenas o exógenas de mutación vamos acumulando variantes, y por esa razón las enfermedades de base genética no debutan desde que nacemos. Los humanos somos un mosaico. Desaminaciones: Se pierden grupos amino de una base. La citosina de forma espontánea puede perder su grupo amino y pasar a ser un uracilo, lo cual implica que en el ADN también se pueden encontrar uracilos por esta mutación. Esta hebra con el nuevo cambio de base, no tendría ningún problema, sin embargo, si esta se usara de molde para la ARN o ADN polimerasa, en la hebra de nueva síntesis habría un cambio de G a A (en vez de guanina, adenina), provocando una transición (cambio de una purina por otra). En el caso de que la citosina desaminada estuviera previamente metilada, esa citosina pasaría a ser una timina, pero los problemas finales serían los mismos. Modificaciones por mutágenos endógenos: Es de los pocos ejemplos que dan soporte a las transversiones (cambio de una base de un tipo, pirimidínico o purínico, por otro distinto). En estas mutaciones las guaninas sufren oxidación por radicales libres endógenos en la célula. Esta oxidación provoca que la formación de puentes de hidrógeno con cadena complementaria de la guanina no se realice con citosina como se espera (G-C), sino con otra purina, adenina (G-A). A nivel local, si estas guaninas son empleadas para que haya replicación, la base que se incorpora es una adenina, por lo tanto en ese par de bases el ancho de la doble hélice será mayor a los 2 nm normales: transversión (se desestabiliza el esquema de la doble hélice en el que una purina siempre forma puentes de hidrógeno con una pirimidina: A-T; G-C). 2  Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz 1.2. ERRORES EN LA REPLICACIÓN: Las polimerasas de ADN pueden generar SNVs mediante incorporación de bases erróneas durante la replicación del genoma. Emparejamiento anómalo entre formas tautoméricas: Un tautómero es un cambio a nivel químico en el que un hidrógeno (protón) cambia de ubicación, la base afectada seguiría siendo la misma, pero cambiarían las propiedades de apareamiento por puentes de hidrógeno con la cadena complementaria. Por ejemplo, por este cambio la guanina en vez de formar puentes de hidrógeno con la citosina preferentemente los haría con la otra pirimidina, timina (transición). Emparejamiento erróneo de bases por tambaleo: De forma puntual, mediante tambaleo, las propias bases en su estado habitual forman puentes de hidrógeno con otras bases que no son las esperadas (transición). Es poco frecuente y se puede dar en regiones que están sometidas a alta tensión, estructuras secundarias o terciarias. 3  Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz Deslizamiento de cadenas con repeticiones: Un ejemplo de este tipo de mutaciones son las expansiones de trinucleótidos, que se pueden observar en enfermedades como la Corea de Huntington o el Síndrome del cromosoma X frágil. En la imagen, correspondiente a lo que sucede al tener la enfermedad de Huntington observamos que hay un ADN bicatenario (1) con ocho copias de un trinucleótido (GTC que codifica glutamina) y sus bases complementarias correspondientes. Estas hebras de ADN se separan (2) y la hebra molde se replica (3) con ayuda de las ADN polimerasas en sentido 5’-3’ generando una cadena complementaria de nueva formación. Sin embargo, puede suceder que en un determinado momento de la replicación se formen estructuras secundarias como horquillas, conocidas también como hairpins o stem-loops (4). Cuanto más se prolongue la horquilla, más estable va a ser, ya que se van a formar más uniones G-C. En la imagen, con tres puentes de hidrógeno se forma la horquilla, aunque las bases no complementarias se provoquen repulsión. Al suceder esto, se van a acabar formando copias adicionales de más en la hebra replicada, en este caso cinco por cada hairpin, inserción de 15 pb (5). Si esta cadena se vuelve a separar en otro evento de mitosis (6), al usarse la cadena que ha sido extendida como molde, habrá ahora más copias de trinucleótidos en ese ADN de los que había inicialmente (7 y 8). Si se siguiese repitiendo este fenómeno de formación de estructuras secundarias al replicarse, cada vez habrá más copias de estos tripletes. Si la formación de una estructura secundaria fuese en la cadena molde en vez de en la cadena de nueva síntesis, pasaría que habría menos molde disponible para replicar, por lo que habría una deleción, pero en general suele haber más tendencia a que estas formaciones se lleven a cabo en la cadena de nueva formación. 4  Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz En estos casos sucede el fenómeno de anticipación génica, en el que cuantas más copias del mismo triplete haya, la enfermedad puede aparecer a edades más tempranas y con efectos más graves. También existen otros casos en los que la enfermedad solo aparece al superar un cierto umbral de repeticiones. 2. MUTACIONES INDUCIDAS (exógenas) Las mutaciones inducidas pueden surgir a partir de agentes químicos o de radiación. 2.1. MUTACIÓN POR AGENTES QUÍMICOS Estos agentes químicos provienen de manera externa, podemos encontrarlos en derivados del petróleo o plásticos, cremas solares, tabaco, herbicidas e incluso en las carreteras. Estos químicos son: Análogos de bases: agentes que guardan bastante similitud con las bases nitrogenadas, por lo que se pueden intercambiar por ellas y formar emparejamientos erróneos. 5 Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz ○ 5-bromouracilo: análogo a la timina, por lo que se une a adenina. También puede unirse a guanina. ○ 2-aminopurina: análogo a la adenina, por lo que se une a timina. También puede unirse a citosina. Si se aparea con timina no ocurrirá ninguna alteración, pero al aparearse con citosina se provocarán mutaciones de transición en futuras mitosis. Agentes alquilantes: compuestos que modifican químicamente a las bases nitrogenadas añadiendo grupos metilo y etilo. ○ Etilmetanosulfonato: Añade un grupo etilo a la guanina y hace que se empareje con timina en vez de citosina (transición). ○ Nitrosoguanidina: Añade un grupo metilo a la guanina y hace que se empareje con timina también (transición). Agentes desaminizantes: compuestos exógenos químicos que desaminan la citosina, transformándola en uracilo y haciendo que se aparee con adenina. Un agente que produce este efecto es el ácido nitroso (transición). Agentes modificadores: químicos que provocan la hidroxilación de citosina, entre los que encontramos la hidroxilamina, que hace que la citosina forme puentes de hidrógeno con adenina en vez de guanina (transición). 6  Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz Agentes intercalantes: compuestos que interaccionan con la doble hélice y se intercalan entre las bases nitrogenadas. Provocan principalmente inserciones o deleciones durante la replicación. Algunos ejemplos son: ○ Proflavina ○ Naranja de acridina ○ Bromuro de etidio ○ Dioxina 2.2. MUTACIÓN POR RADIACIÓN Se clasifica en radiación ionizante y no ionizante: Radiación ionizante: provocada por rayos gamma y rayos X. Es la fuente más agresiva de mutaciones en el ADN, rompe los enlaces fosfodiéster que unen los nucleótidos entre sí a través del grupo fosfato. Radiación no ionizante: provocada por rayos ultravioleta. No hay doble rotura como en la ionizante, sino que forma puentes covalentes entre pirimidinas adyacentes en la misma cadena de ADN, formando fotodímeros. COMI X: 1. Respecto a las mutaciones puntuales en el ADN. Seleccione una: a) Las mutaciones en regiones no codificantes no generan nunca nuevas formas de la proteína. b) Cuando una mutación puntual en un exón implica un cambio de aminoácido, y el nuevo aminoácido posee propiedades químicas similares al original, se denomina mutación con cambio de sentido no conservadora. c) Los análogos de bases son compuestos químicos mutagénicos que pueden sustituir a determinadas bases nitrogenadas, dando lugar a mutaciones. d) Una sustitución de una sola base, que implica un cambio de C por T, se denomina transversión. e) Los tautómeros se forman espontáneamente (equilibrio químico), por translocación de un protón en las bases nitrogenadas, y son necesarios para evitar errores durante la replicación del ADN. 7  Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz 2. Mutaciones puntuales: a) La expansión de trinucleótidos consiste en el deslizamiento y estabilización de las hebras durante la replicación, lo que causa el síndrome de Down familiar. b) Ciertas mutaciones en las regiones promotoras del gen pueden alterar los niveles de expresión del mismo. c) Cuando la sustitución de una base en un exón no supone cambio de aminoácido, recibe el nombre de mutación sin sentido. d) Las despurinaciones consisten en la formación de un enlace entre una purina y la desoxirribosa, generando un sitio apurínico en el ADN. e) Una sustitución en el ADN en el que cambia una A por una G se denomina transversión. 3. Respecto a mutaciones puntales señales los enunciado(s) correcto(s): a) Los SNP como su nombre indica, afecta a un único nucleótido, pero están igual en el genoma de todos los individuos. b) Las transiciones son más frecuentes que las transversiones. c) Los agentes alquilantes provocan transiciones de G por A. d) Las transiciones consisten en la modificación de bases en la posición 2’ de desoxirribonucleico alterando la propiedad de emparejamiento. 4. Respecto a las mutaciones puntuales marca la correcta: a) La mutación de 3 nucleótidos es la menos perjudicial. b) La transversión es más común que la transición. c) El agente alquilante mutagénico causa transición de G por A. 5. Mutaciones puntuales en el ADN. Seleccione una: a) Las transiciones conllevan cambio en el número de anillos presentes en las bases, es decir, consisten en sustituciones entre purinas o pirimidinas. b) Los agentes alquilantes son compuestos mutagénicos que causan transiciones de tipo G por A. c) Una inserción de 3 nucleótidos en la región codificante de un exón suele originar un cambio menos drástico en la proteína, comparando con la inserción de un solo nucleótido en la misma posición de la secuencia de ADN. d) Durante la replicación de regiones con repeticiones de un solo nucleótido, la ADN polimerasa puede incorporar deleciones o inserciones cuando se “retrasa” o “adelanta” la cadena de nueva síntesis respecto al molde respectivamente. e) Las transiciones son menos frecuentes que las transversiones, ya que solo hay dos tipos de transiciones y cuatro tipos de transversiones. 6. Mutaciones puntuales. Señale las sentencias que considere correcta (una o más de una): a) La expansión de trinucleótidos consiste en el desplazamiento y estabilización de las hebras durante la replicación, lo que causa el síndrome de Down familiar. b) Cuando una sustitución de una base en la región codificante de un exón supone un codón de parada, recibe el nombre de mutación sin sentido. c) Las despurinificaciones son una fuente de mutación espontánea, generando un sitio apurínico en el ADN mediante incorporación de un enlace fosfodiéster con la desoxirribosa. d) Agentes químicos tales como la 2-aminopurina pueden derivar en emparejamientos erróneos durante la replicación del ADN, generando transiciones. e) Una sustitución en el ADN en la que cambia una A por una G se denomina transversión. 8  Comisión 11 31/10/2024 Comisionista 1: Ian Bennasar Monasterio Corrector: Juan Manuel Cabeza Isla Comisionista 2: Aday Pérez Chinea Genética Humana Docente: Fabián Lorenzo Díaz 7. Respecto a las mutaciones puntuales en el ADN. Seleccione una: a) Las mutaciones en regiones no codificantes no generan nunca nuevas formas de la proteína. b) Cuando una mutación puntual en un exón implica un cambio de aminoácido, y el nuevo aminoácido posee propiedades químicas similares al original, se denomina mutación con cambio de sentido no conservadora. c) Los análogos de bases son compuestos químicos mutagénicos que pueden sustituir a determinadas bases nitrogenadas, dando lugar a mutaciones. d) Una sustitución de una sola base, que implica un cambio de C por T, se denomina transversión. e) Los tautómeros se forman espontáneamente (equilibrio químico), por translocación de un protón en las bases nitrogenadas, y son necesarios para evitar errores durante la replicación del ADN. RESPUESTAS: 1. c) 2. b) 3. b) 4. a) 5. c) 6. b) d) 7. c) 9