Genetica I Giampiero Valè PDF - Mutazioni, Sindrome X Fragile | Studenti

GENETICA I Giampiero Valè Mutazioni geniche: base molecolare delle mutazioni e loro frequenza Reversione e soppressione delle mutazioni Lo studio delle mutazioni è importante per la salute umana: basi genetiche delle malattie  Due concetti Frequenza di mutazione: proporzione di mutanti in...

GENETICA I Giampiero Valè Mutazioni geniche: base molecolare delle mutazioni e loro frequenza Reversione e soppressione delle mutazioni Lo studio delle mutazioni è importante per la salute umana: basi genetiche delle malattie  Due concetti Frequenza di mutazione: proporzione di mutanti in una popolazione; nel caso delle mutazioni spontanee: 10-6-10-9, in dipendenza del tipo cellulare e dell’organismo Tasso di mutazione: probabilità che una sequenza di riferimento possa subire nuove mutazioni in un intervallo di tempo definito; solitamente espresso per gene per generazione cellulare Mutazioni puntiformi: sostituzioni di basi Mutazioni puntiformi: inserzioni, sostituzioni e delezioni MUTAZIONI INDOTTE  (analogo della timina) chetonica enolica Causa transizioni T-A a C-G Agente intercalante inserito tra 2 basi Agente intercalante inserito tra 2 basi del filamento stampo del filamento di neosintesi Causano inserzioni o delezioni MUTAZIONI “SPONTANEE” Mutazioni determinate da oscillazioni tautomeriche Forma più comune di T e G: stato chetonico; raramente assumono la forma enolica Forma più comune di C e A: stato aminica; raramente assumono la forma iminica Fluttuazioni strutturali definite oscillazione tautomeriche che favoriscono un appaiamento non canonico Causano transizioni Mutazioni determinate da deaminazione (spontanea o indotta da mutageni chimici) Causa transizione CG a TA siti 5mC nell’uomo sono hotspot mutazionali Mutazioni determinate da depurinazione Depurinazione: perdita da parte di un nucleotide di una base purinica. La depurinazione si verifica quando si rompe il legame covalente che connette la purina all’atomo di carbonio 1′ del desossiribosio, dando luogo a un sito apurinico, vale a dire un nucleotide privo della sua base purinica. Nel filamento di DNA neosintetizzato opposto al sito apurinico viene incorporato un nucleotide errato Causa transizione GC a AT La depurinazione è una causa di mutazione spontanea piuttosto comune; una cellula di mammifero in coltura perde circa 10 000 purine al giorno. Mutazioni da stress ossidativo cellulare Guanina Causa transversione GC a TA Espansione di ripetizioni nucleotidiche sono mutazioni in cui aumenta il numero di copie di un insieme di nucleotidi adiacenti FMR1 (fragile X mental retardation 1) osservato per la prima volta in un gene chiamato FMR-1, che causa la sindrome dell’X fragile, la Fenomeno chiamato scivolamento o slippage replicativo causa più diffusa di ritardo mentale. L’allele normale FMR-1 possiede non più di 60 copie della tripletta di basi CGG, ma negli individui con la sindrome dell’X fragile questo allele può contenerne centinaia o migliaia di copie Il fenomeno della anticipazione dovuto all’accumulo di ripetizioni SINDROME DELL’X FRAGILE copie aggiuntive della ripetizione nucleotidica mettono in atto meccanismi di silenziamento genico che causano la metilazione del DNA (promotore) e il blocco della trascrizione del gene  SINDROME DELL’X FRAGILE 1/1200 MASCHI, 1/2500 FEMMINE La forma più comune di ritardo mentale X-linked ritardo mentale facies allungata circonferenza cranica aumentata impianto basso orecchie macrorchidismo SINDROME DELL’X GENE FMR1 FRAGILE CGG ripetuta nel 5’ UTR SANO SANO AFFETTO SINDROME DELL’X FRAGILE Il punto indica che è portatore, anche se ancora non manifesta Sindrome dell’X-fragile: funzione della proteina FMR1 La proteina FMR1 ha domini che legano l’RNA e domini che le permettono l’ingresso nel nucleo La proteina FMR1 trasporta specifici (?) mRNA dal nucleo al citoplasma. Lega mRNA anche su ribosomi, in particolare a livello delle sinapsi del SNC  DISTROFIA MIOTONICA ipostenia muscolare progressiva fenomeno miotonico (ritardo rilassamento dopo contrazione) espansione nella meiosi materna: forma infantile con ritardo mentale anticipazione DISTROFIA MIOTONICA gene mutato: DMPK (myotonic dystrophy protein kinase) codifica per una miosina chinasi espressa nei muscoli scheletrici; le ripetizioni CTG possono inibire la trascrizione del gene DMPK (o trascritto instabile) correlazione tra fenotipo clinico e dimensione dell’espansione DISTROFIA MIOTONICA: correlazione tra dimensione dell’espansione ed età di esordio Da genereview (http://geneclinics.org/) NB: Nella malattia di Huntington (espansione CAG) codifica poliGln; allele normale no > 35 ripetizioni; allele mutato produce copie supplementari che formano aggregati con grave effetto neurotossico dominante COREA DI HUNTINGTON: anticipazione COREA DI HUNTINGTON: correlazione tra età di insorgenza e numero di ripetizioni La presenza di ripetizioni nucleotidiche può causare delezioni e inserzioni CO ineguale può causare inserzioni e delezioni Mutazioni nella linea germinale e somatiche Le mutazioni germinali sono trasmissibili alle Se mutazione è dominante, generazioni successive, a tutto l’individuo avrà fenotipo differenza di quelle mutato (anche nella linea somatiche germinale) e trasmetterà sua mutazione alla progenie Sistema del replica plating per identificazione di mutanti nei batteri CLASSIFICAZIONE DELLE MUTAZIONI Es di effetto fenotipico della mutazione missenso: anemia falciforme Mutazione neutrale AA sostituito presenta caratteristiche chimiche simili al wt; quindi il polipeptide, pur presentando sequenza di AA diversa, continua a svolgere la sua funzione Isoenzimi, esempi di mutazioni neutrali: enzimi che catalizzano la stessa reazione biochimica, ma hanno diversa sequenza di AA Mutazione silente o sinonima Grazie alla degenerazione del codice, il codone codifica lo stesso AA Mutazione non senso Genera peptidi tronchi con effetti più o meno gravi a seconda della posizione e della funzionalità residua Le mutazioni missenso sono sottoposte al vaglio della selezione, mentre quelle neutrali non sono sottoposte a tale pressione Mutazioni che coinvolgono i siti di splicing = perdita di un esone La proteina p53 (codificata dal gene TP53), implicata nella regolazione del ciclo cellulare e nell'induzione della morte cellulare programmata (apoptosi) in caso di gravi danni al DNA. La perdita di omozigosi di p53 è presente nel 70% dei carcinomi del colon, nel 30-50% dei casi di cancro alla mammella e nel 50% del carcinoma del polmone. Anormalità nel gene della p53 possono anche essere ereditarie, con sviluppo della sindrome di Li-Fraumeni (LFS), che incrementa il rischio di sviluppare vari tipi di cancro. 1) La proteina p53 rileva la presenza di DNA danneggiato e arresta le cellule nella fase G1 del ciclo cellulare, affinché si verifichino i processi di riparazione prima che il DNA alterato si replichi e sia trasmesso alle cellule figlie. 2) La proteina p53 è un fattore di trascrizione costituito da 393 amminoacidi. Contiene quattro domini funzionali: la regione N-terminale (regione transattivante), che regola la trascrizione interagendo con diversi fattori di trascrizione; la regione centrale, che si lega a sequenze specifiche sul DNA presenti sui promotori dei geni regolati; la regione C-terminale, che presenta due domini parzialmente sovrapposti, uno dei quali riconosce e si lega al DNA danneggiato. 3) La p53 attiva la trascrizione del gene codificante p21, un inibitore delle chinasi dipendenti dalla ciclina (Cdk) e quindi blocca la fosforilazione delle proteine necessarie alle diverse fasi del ciclo cellulare. Il legame di p21 ai complessi Cdk-ciclina è fondamentale per arrestare le cellule in fase G1 dopo l’induzione di danni al DNA e permettere la riparazione del danno. Retromutazione e reversione Retromutazione: la prima mutazione viene cancellata da una seconda che reintroduce la sequenza originale; è molto più rara della frequenza della mutazione di andata Reversione: una seconda mutazione in un sito adiacente a quello della prima ripristina il fenotipo mediante una sostituzione AA compatibile con la funzionalità della proteina Soppressione intragenica Riguarda i casi di mutazione per inserzione o delezione di coppie di nucleotidi. A una prima mutazione che determina sfasamento della fase di lettura in un senso, ne segue una seconda che sfasando la lettura in senso contrario, ripristina la fase di lettura corretta. Soppressione intergenica: Si tratta della soppressione di una mutazione che ha creato un codone di stop; la mutazione in un tRNA consente il riconoscimento del codone di stop e la continuazione della sintesi Mutazione soppressore di amber