Log (fitness)
selezione
ricombinazione
mutazione
• Inizio 1900
leggi fondamentali della genetica
•1914 MORGAN
induzione di mutazioni in Drosophila
(alcool etilico e etere)
•anni ‘40
proprietà alchilanti di ossido di etilene,
mostarda azotata, epicloridrina etc...
•1948 RAPOPORT “supermutageni”
MUTAGENESI AMBIENTALE
GLOSSARIO
Mutazione: qualsiasi alterazione ereditabile del DNA.
Mutageno: agente o processo che aumenta la frequenza di
mutazioni in una popolazione di cellule o di individui.
Mutageni diretti: agenti chimici o fisici che interagiscono
direttamente con il DNA modificandolo.
Mutageni indiretti: agenti chimici che non interagiscono
direttamente con il DNA, ma attraverso la produzione di radicali
reattivi o la interazione con la sintesi, replicazione o mantenimento
della sua struttura.
Genotossico: agente o processo in grado di alterare la struttura, il
contenuto informazionale o la segregazione del DNA, o che ne
inibisce transitoriamente la replicazione. Include agenti mutageni e
altri capaci di interagire in vario modo con il materiale genetico.
.
GLOSSARIO
Mutazione: qualsiasi alterazione ereditabile del DNA.
Mutageno: agente o processo che aumenta la frequenza di
mutazioni in una popolazione di cellule o di individui.
Mutageni diretti: agenti chimici o fisici che interagiscono
direttamente con il DNA modificandolo.
Mutageni indiretti: agenti chimici che non interagiscono
direttamente con il DNA, ma attraverso la produzione di radicali
reattivi o la interazione con la sintesi, replicazione o mantenimento
della sua struttura.
Genotossico: agente o processo in grado di alterare la struttura, il
contenuto informazionale o la segregazione del DNA, o che ne
inibisce transitoriamente la replicazione. Include agenti mutageni e
altri capaci di interagire in vario modo con il materiale genetico.
.
Cancerogeno:
agente
o
processo
che
aumenta
significativamente
l’incidenza
di
neoplasie,
indipendentemente dal meccanismo di azione.
I cancerogeni genotossici sono agenti che significativamente
aumentano l’incidenza di tumori in una popolazione e hanno
l’abilità di alterare l’informazione genetica.
I cancerogeni non-genotossici (ad azione epigenetica) sono
agenti che aumentano significativamente la frequenza di
tumori in una popolazione ma non hanno l’abilità di alterare
l’informazione genetica.
Teratogeno: agente che interferisce con il normale sviluppo
embrionale
Livello informazionale
Modificazione della
corretta sequenza di basi
DANNO AL DNA
Livello strutturale
Alterazione della
conformazione fisica
della molecola
Mammiferi 10.000 eventi di modificazione del DNA per ora per
cellula
MUTAZIONE SPONTANEA
Azioni errate dell’apparato replicativo durante la
replicazione del DNA in presenza di un templato intatto e
dei comuni dNTPs;
Misinserzione di un nucleotide mutagenico, che possegga
una specificità di appaiamento imprecisa (vaga, inesatta),
durante la replicazione del DNA;
Reazioni chimiche con mutageni endogeni, come ad
esempio le specie reattive dell’ossigeno, e la
decomposizione spontanea di basi del DNA.
UMANI: 107 cellule si dividono ogni secondo, in 1/3 di queste insorge una mutazione spontanea
Mutazioni per sostituzione di base
TRANSIZIONI:
TRASVERSIONI:
purina
purina G
pirimidina
pirimidina C
purina
pirimidina
G
T
G
C
A
T
A
C
A
T
Tautomeria e conseguenze
Nella sua forma
rara una base
puo’ formare
legami diversi
rispetto a quelli
normali e causare
appaiamenti
errati.
Effetto della mutazione
completa
• Mutazione con perdita di funzione
parziale
• Mutazione con guadagno di funzione
• Mutazione senza effetti rilevabili
PERDITA DI BASI
Fattori : pH, T° C, tempo di replicazione, lunghezza genoma
Purine:
Escherichia coli
Mammiferi
Pirimidine:
(1/genoma) x generazione
(104/cellula) x generazione
più stabili
Tasso di perdita C,T ~ 1/20 G,A
Siti AP50.000-200.000 / genoma
(uomo-roditori)
9.000/genoma/giorno x idrolisi del DNA
DANNO OSSIDATIVO
Fonte di ROS (specie reattive dell’ossigeno): endogena,
esogena
RH2 + OH  RH +H2O  reazione a catena (ad es.
perossidazione dei lipidi insaturi)
(R=macromolecola organica)
MECCANISMI CELLULARI DI DIFESA
Eliminazione di specie reattive
superossido dismutasi : 2O2 + 2H+ H2O2+O2
catalasi: 2H2O2 2H2O+O2
Interruzioni delle reazioni a catena
Tioli, vitamina C, α-tocoferoli , etc..
Glutatione perossidasi:
H2O2+2GSH  2H2O+GS-SG
Sequestro dei metalli di transizione
Reazioni di tipo Fenton = sequestro Fe2+ sotto forma di ferritina
Regolazione cellulare
Inibizione della progressione del ciclo cellulare
Apoptosi
Attivazione dei processi di degradazione delle macromolecole danneggiate
Compartimentazione delle molecole bersaglio sensibili
Istoni e poliamine
Struttura ordinata della cromatina
DE mismatch = 2-3 Kcal/mole (equivale ad un singolo legame
idrogeno; frequenza di errore per nucleotide: 1-10%
in Escherichia coli
Meccanismo
frequenza di errore
Appaiamento delle basi
10-1 - 10-2
Azione DNA polimerasi
10-5 - 10-6
(incluso proofreading)
Proteine accessorie
10-7
Correzione postreplicativa
10-10
Frequenza di mutanti: proporzione finale di mutanti
rilevabile in una popolazione. Tale parametro non tiene
conto di come e/o quando la mutazione sia insorta.
Tasso di mutazione: frequenza di mutazione per
generazione e per entità biologica (virus, cellula, individuo)
ad un determinato locus.
Es: tasso di mutazione in una cellula germinale
m: numero di gameti in cui sia avvenuta la mutazione
diviso il numero totale di gameti che danno origine alla
generazione successiva.
Numero di mutanti per 10 8 batteri
9
8
7
6
5
a
4
3
2
b
1
0
0
2
4
6
8
Numero di divisioni cellulari
Aumento di una coltura della proporzione di mutanti per divisione.
La pendenza della retta (a/b) fornisce il tasso di mutazione: 1 x10-8.
a= 5-2/ 108=3/ 108
b=3 a/b= 3x10-8/3=1x10 -8
Tasso di mutazione: frequenza di mutazione per generazione e per
entità biologica (virus, cellula, individuo) ad un determinato locus.
a= m (numero di mutanti)/d (numero di divisioni cellulari)
Frequenza di mutanti: proporzione finale di mutanti rilevabile in
una popolazione. Tale parametro non tiene conto di come e/o quando
la mutazione è insorta.
n° generazioni
n°totale di batteri
N
V
n
1x108
1
n+1
2x108
2
2
n+2
4x108
4
4
4
n+3
8x108
8
8
8
n+4
16x108
T
8
16 16 16 16 16
frequenza di mutazione
1
1x10-8
4
2x10-8
12
3x10-8
32
4x10-8
80
5x10-8