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DATA: 08/04/2021 LEZIONE 27 BIOLOGIA PROF. C. CRISAFULLI 2 MUTAZIONI SPONTANEE Cause: • Errori nella replicazione: come detto prima queste mutazioni sono dovute a errori che avvengono durante i processi fisiologici delle cellule, quindi errori durante la replicazione. • Tautomeria: le basi shiftano tra una forma comune e una forma rara. Per la maggior parte del tempo sono presenti nella forma comune ma può capitare che si trovino nella forma rara e se, in tale stato, vengono inserite in un contesto di replicazione causano delle alterazioni. • Errori del crossing-over durante la meiosi: già visto parlando dell’espansione di triplette, ci possono essere errori del crossing-over durante la meiosi • Destabilizzazione indotta da elementi trasponibili: questi elementi trasponibili, cioè che riescono a muoversi da una parte all’altra, possono, se si inseriscono dove non devono, creare dei seri problemi. Nella slide c’è scritto al punto 4 radiazioni. In questo caso vengono inserite tra le cause delle mutazioni spontanee perché tutti siamo soggetti a diverse tipologie di radiazioni durante la vita quotidiana (non si intende l’esposizione a particolari tipi di radiazioni ma in senso generale). In questa lezione si considereranno, sia che esse siano S ionizzanti, sia che siano S non ionizzanti, soltanto nella categoria delle mutazioni indotte proprio perché, per definizione, una mutazione indotta si ha quando l’organismo viene esposto deliberatamente o casualmente a degli agenti mutageni. (Qualche testo le potrebbe riportare come nella slide) • ERRORI NELLA REPLICAZIONE: Durante la replicazione del DNA può capitare che la DNA polimerasi inserisca dei nucleotidi sbagliati e succede, neanche tanto raramente. Infatti mentre polimerizza può succedere che inserisca un nucleotide sbagliato, poiché, essendo un processo molto veloce, può presentare questa problematica. La stessa DNA polimerasi ha un’attività, chiamata proofreading o correzione di bozze, per la quale riesce a rendersi conto dell’errore, eliminare il nucleotide inserito erroneamente e sostituirlo con il nucleotide corretto. Gli errori di inserimento della DNA polimerasi quasi sempre vengono riparati dalla stessa DNA polimerasi, grazie all’attività di correttore di bozze. Altre tipologie di errori che avvengono, vengono anch’essi, nella maggior parte dei casi, riparati dai mismatch repair ovvero i meccanismi di riparazione. Questi sono di vario tipo, ognuno deputato a correggere determinate alterazioni dovute a determinati fattori e “fino a quando tutto funziona, tutto va bene”. Il problema può subentrare nel momento in cui i sistemi di correzione dovessero anch’essi avere delle problematiche, cioè presentassero delle alterazioni.
DATA: 08/04/2021 LEZIONE 27 BIOLOGIA PROF. C. CRISAFULLI 3 • ERRORI DOVUTI ALLA TAUTOMERIA: L’immagine fa vedere come le basi passino/shiftino da una forma comune (frecce molto più importanti verso la forma comune), che è la forma chetonica per timina e guanina, e la forma amminica per citosina e adenina, ad una forma rara. La forma rara per timina e guanina sarà la forma enolica, per citosina e adenina sarà la forma imminica. Per il 90% del tempo le basi sono presenti nella loro forma comune e, in questa forma, seguono la complementarietà di basi di Watson e Crick: - l’adenina si lega con la timina tramite 2 legami H - la citosina si lega alla guanina tramite 3 legami H Il problema di questo shift continuo tra una forma e l’altra è che, nel momento in cui dovesse essere presente una forma rara durante l’inserimento, non si seguirebbe più la complementarietà di basi. Per esempio l’adenina nella sua forma rara legherà la citosina, la guanina nella sua forma rara legherà la timina, per cui vengono inserite delle basi diverse rispetto a quelle wild type. Tipologie di mutazioni e risultati: - Si pone il caso di essere in fase replicativa e di avere una guanina che, ad un certo punto durante la replicazione, passa dalla sua forma comune alla forma rara. Essendo nella sua forma rara, come detto prima, non legherà la citosina ma la timina, andando a formare la coppia guanina-timina. Così come è passata nella forma rara ripasserà nella sua forma comune, per cui al successivo ciclo replicativo la guanina, tornata nella forma comune, legherà regolarmente la citosina. Sull’altro filamento però essendo stata inserita ormai una timina, legherà un’adenina. Per cui la coppia guanina-citosina (DNA parentale) sarà mutata in coppia adenina-timina (mutante). Tale mutazione è una sostituzione puntiforme. Attenzione. Il particolare tipo di mutazione puntiforme non è deducibile dell’immagine. Non si può sapere se questa mutazione è missenso, nonsenso, silente o neutra. Queste infatti vengono classificate in base alla ricaduta sul prodotto ma, in questo esempio, non si ha prodotto. Le mutazioni puntiformi sono le mutazioni di sostituzione, quest’ultime si dividono in: transizioni e le trasversioni. Successivamente, in base a quello che succede sull’mRNA e quindi al livello del prodotto, si può parlare di non senso, missenso, silenti e neutre. CITOSINA TRANSIZIONE TAUTOMERICA TRANSIZIONE TAUTOMERICA TIMINA ADENINA TIMINA GUANINA CITOSINA CITOSINA TAUTOMERO DELLA GUANINA TAUTOMERO DELL’ADENINA
DATA: 08/04/2021 LEZIONE 27 BIOLOGIA PROF. C. CRISAFULLI 4 Guardando l’immagine, essendoci solo una piccola sequenza di DNA, non si può sapere se si tratta di un missenso o una silente, non si comprende neanche se si tratta di una porzione codificante. Si sa invece sicuramente che si tratta di una puntiforme, che si tratta di una sostituzione e che si tratta di una transizione, perché si sostituisce una purina-pirimidina (G-C filamento DNA parentale) con una purina-pirimidina (A-T filamento mutante). Le sostituzioni non sono non senso, missenso, neutre o silenti. Le sostituzioni sono transizione e trasversione e poi in base alla ricaduta ci sono non senso, missenso, neutre o silenti. È importante capire la differenza, la missenso è sicuramente dovuta ad una sostituzione, ma la mutazione è la sostituzione, poi la classificazione delle sostituzioni è transizione e trasversione. - Si possono anche avere mutazioni per inserzione e delezione e quindi di conseguenza, vista la ricaduta, si tratta di frameshift. Succede che durante la duplicazione del DNA ci sia l’estrusione / la formazione di una protrusione / uno slippage di uno dei due filamenti. Nella parte superiore dell’immagine c’è la molecola di DNA con il filamento stampo e la nuova elica che si sta formando. PARTE SINISTRA DELL’IMMAGINE: Può capitare che al livello del filamento stampo si formi una protrusione, una sorta di ripiegamento del filamento che, come se scivolasse un pò indietro, nascondesse uno dei nucleotidi. Ciò significa che quando la DNA polimerasi passa sul filamento, non si accorge di tale nucleotide e passa avanti, il risultato ovviamente sarà una delezione. PARTE DESTRA DELL’IMMAGINE: Se invece la protrusione (slippage o scivolamento) avviene al livello del filamento di nuova sintesi, vuol dire che la DNA polimerasi leggerà due volte lo stesso nucleotide, per cui il risultato sarà un’inserzione. In entrambi i casi una frameshift: -nel caso in cui la protrusione avvenga sul filamento stampo sarà una frameshift dovuta a delezione -nel caso in cui la protrusione avvenga sul filamento di nuova sintesi sarà una frameshift dovuta a inserzione. Ripetizione della frameshift sul nuovo filamento (PARTE DESTRA DELL’IMMAGINE): vedendo il segmento di DNA in esempio, ci sono 5 adenine sul filamento inferiore e 5 timine su quello superiore ma una delle timine è nascosta. Se c’è una protrusione è come se scivolasse tutto il filamento, infatti la quinta adenina sarà ancora scoperta, quindi verrà riletta, viene letta 2 volte. Se viene messo un nucleotide (timina nell’esempio) e poi lo stesso viene nascosto, questo verrà messo di nuovo. La DNA polimerasi non ragiona, questa cammina lungo il filamento e nel momento in cui cammina inserisce nucleotidi. Se quello che è appena stato inserito si nasconde, un nucleotide del filamento inferiore sarà ancora libero, dunque la DNA polimerasi lo inserisce di nuovo. È come se il filamento tornasse indietro quindi, invece di leggere 5 volte le adenine, le legge 6 volte perché inizialmente le legge 5 volte, poi si ripiega il filamento quindi viene nascosta una timina e l’ultima adenina, rimasta scoperta, verrà riletta dalla DNA polimerasi. È come nelle espansioni di