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ricombinazionemutazione

• 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

DANNO AL DNA

Livello informazionale

Livello strutturale

Modificazione della corretta sequenza di basi

Alterazione della conformazione fisica

della molecola

Mammiferi 10.000 eventi di modificazione del DNA per ora per cellula

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.

MUTAZIONE SPONTANEA

UMANI: 107 cellule si dividono ogni secondo, in 1/3 di queste insorge una mutazione spontanea

Mutazioni per sostituzione di base

TRANSIZIONI: purina purina G A

pirimidina pirimidina C T

TRASVERSIONI: purina pirimidina

G T G C

A T A C

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 (1/genoma) x generazione Mammiferi (104/cellula) x generazione

Pirimidine: più stabili

Tasso di perdita C,T ~ 1/20 G,A

Siti AP 50.000-200.000 / 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 catenaTioli, vitamina C, α-tocoferoli , etc..Glutatione perossidasi: H2O2+2GSH 2H2O+GS-SG

Sequestro dei metalli di transizioneReazioni di tipo Fenton = sequestro Fe2+ sotto forma di ferritina

Regolazione cellulareInibizione della progressione del ciclo cellulareApoptosiAttivazione dei processi di degradazione delle macromolecole danneggiate

Compartimentazione delle molecole bersaglio sensibiliIstoni e poliamineStruttura ordinata della cromatina

E 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

: numero di gameti in cui sia avvenuta la mutazione diviso il numero totale di gameti che danno origine alla generazione successiva.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 2 4 6 8

Numero di divisioni cellulari

Nu

mer

o d

i m

uta

nti

per

10

8 bat

teri

a

b

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 T frequenza di mutazione

n 1x108 1 1 1x10-8

n+1 2x108 2 2 4 2x10-8

n+2 4x108 4 4 4 12 3x10-8

n+3 8x108 8 8 8 8 32 4x10-8

n+4 16x108 16 16 16 16 16 80 5x10-8