Tema 2 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura mutagenesi
Año del apunte 2014
Páginas 8
Fecha de subida 05/02/2015
Descargas 0

Vista previa del texto

Tema 2. GEN MUTATION Mutació: canvi heretable en el material genètic.
Hi ha diverses classificacions de les mutacions. Una que nosaltres estudiem és la següent: · Gèniques, puntuals o microlesions. Té un efecte a nivell de base o nt.
· Cromosòmiques, multilocus o macrolesions. Afecte amb una magnitud important als cromosomes.
o Numèriques o genòmiques. Canvi en el nombre de cromosomes.
o Estructurals. Canvi en l’estructura dels cromosomes.
El terme mutació sempre implica que el canvi que ha sofert el material genètic és transmissible a la següent cèl·lula o generació. Aquest fet genera una variabilitat que a priori pot ser negativa (hi ha mutacions deletèries, o altres que alteren el fenotip negativament), positiva (tenir un paper important en l’evolució) o neutre.
En general, en situacions d’esterilitat ambiental (no canvis bruscos i ràpids) es sol establir un bon equilibri genotip-fenotip-ambient i els individus que trobem són els més ben adaptats, els que en aquelles situacions tenen una millor fitness. Si hi ha canvis en l’ambient és quan és bo aprofitar la variabilitat que les mutacions aporten per readaptar-se a aquests canvis.
1. Conseqüències de les mutacions Point mutation o mutació puntual . Canvi o substitució d’una base per una altra.
▪ Transició: si és entre purines o entre pirimidines ▪ Transversió: si és intercanvi d’una purina per una pirimidina o al revés.
Tant de forma espontània com adquirida i deguda a alguna substància química o física, són més freqüents les transicions que les transversions.
Addicions i delecions . De forma espontània o adquirida pot ser que es guanyin o es perdin unes quantes bases.
Ex: si s’afegeixen 4 bases, a partir del punt en el que aquestes s’han afegit, canvia la pauta de lectura i és el que anomenem frameshift mutation . Els aà que s’afegiran a partir d’aquell punt no seran els que toquen. La conseqüència biològica funcional dependrà del nombre d’aà incorrectes i la seva funció en la proteïna. Passa sempre i quan el nombre de bases que s’afegeixen o s’eliminen no sigui 3 o un múltiple de 3, perquè sinó no canvia la pauta, només s’alteren alguns aà.
Mutacions silencioses . No les detectem fenotípicament, no tenen un efecte sobre aquest visible.
Aquestes existeixen perquè hi ha l’efecte del balanceig que fa que en la tercera posició del codó hi pugui haver variabilitat i perquè en el codi genètic, com ja sabem, hi ha diferents codons que codifiquen per un mateix aà.
Mutacions de canvi de sentit (missense) . Hi ha un canvi molecular que afecta a l’aà, s’incorpora un nou aà. Moltes vegades pot ser similar en quan a propietats al que toca i això fa que no s’alteri significativament la funcionalitat de la proteïna. Llavors obtenim una mutació neutra.
Nonsense mutations o de finalització . Un canvi de base genera un codó STOP que fa que la traducció de la proteïna acabi abans d’hora i que no sigui sencera. L’efecte serà major com més endavant es trobi la mutació.
Crick va fer investigacions sobre els agents intercalants: substàncies químiques que tenen una estructura similar a les bases del DNA (molt planar) capaces d’intercalar-se entre parelles de bases adjacents. La seva conseqüència mutagènica és la mateixa que quan es donen addicions de bases, canvien la pauta de lectura.
Crick va veure que un cop s’obtenien mutants de frameshift per l’acció d’agents intercalants, quan tornava a aplicar un tractament intercalant es restablia el fenotip original. Això és degut a una deleció o adició complementària més endavant de la primera mutació que restableix la pauta de lectura original.
Mutacions gèniques i el seu efecte sobre genotip i fenotip El tipus salvatge o wild type es diu així perquè correspon al genotip més comú en la població. Però aquest concepte varia en el temps i l’espai.
Mutació directa o forward. Mutació que ens porta de la forma al·lèlica wild type (que sol ser la dominant) a la recessiva.
Mutació indirecta o reverse. Muta un al·lel cap a la forma salvatge, retromuta.
Les dues mutacions es produeixen sempre però amb independència del locus, la taxa de mutació directa (µ) és major a la reversa. Taxa de mutació indirecta ( ).
En una població, quan es dóna la mutació directa i inversa es pot arribar a un equilibri (la µ i la no s’igualen, tot i que continuen amb les taxes que pots determinar, la freqüència d’aquells gens està estabilitzada).
Segons els efectes sobre el fenotip wild type que pot tenir una mutació descrivim la Variant: quan una mutació no és neutra i, per tant, hi ha canvis fenotípics. (Molts autors consideren que són aquelles mutacions amb una freqüència petita).
Polimorfismes. Canvis en un caràcter que pots observar fenotípicament generades per mutacions a un sol gen.
Les variants a vegades tenen una capacitat diferent (inferior??) per sobreviure i donar descendència fèrtil.
Aquell individu que tindrà una eficàcia ecològica major serà el que tindrà un valor reproductiu més gran, per tant, el que tindrà la capacitat de donar més individus adults fèrtils.
Quan es parla de mutacions deletèries (per exemple relacionades amb malalties) no totes són letals (en el sentit de que l’individu no neix). El fet de ser letal pot ser dominant, recessiu o recessiu lligat al sexe.
I el més dolent o perjudicial en una població seria que aquest fos recessiu, tant lligat al sexe com no, perquè si és recessiu s’anirà mantenint a la població. Les dominants, com que si presentes l’al·lel ja no naixeràs, no s’acumularan i tal qual apareixen desapareixen.
Penetrància d’un gen: no sempre és total. Això fa que no sempre que una persona rebi un gen deleteri presenti una malaltia.
El concepte de Penetrància és diferent que Expressivitat.
Mutants condicionals: només són mutants sota unes condicions determinades.
Hi ha molts mutants condicionals que depenen de la temperatura. El factor limitant pot ser també la falta de nutrients al medi o la font de C.
Encara que els gens continguin la info genètica, aquests s’expressen en l’ambient i aquest pot afectar significativament a la forma com aquests s’expressen.
Mutacions supressores: diferents d’una retromutació que el que fa és recuperar l’al·lel wt. En aquest cas es tracta de que l’organisme segueix portant la mutació que li donaria el fenotip X però, a més, porta una segona mutació, i com a conseqüència de la 2ª mutació, la primera no s’expressa. Fenotípicament no es detecten mutacions però hi són.
Aquests mutants poden ser: ▪ Supressors intragènics: si es donen les dues mutacions en el mateix gen.
▪ Supressors intergènics: Si es dóna la mutació supressora en un altre gen o, fins i tot, en un altre cromosoma.
Mutacions gèniques en regions no codificants Clàssicament quan un reflecteix els canvis deguts a mutacions pensa en el gen estructuralment.
Hi ha altres regions importants, com per exemple els promotors, que si estan mutats poden incrementar (up promoter mutations) o disminuir (down promoter mutations) l’expressió d’un gen, afectant la taxa de transcripció. A vegades s’observa que mutacions en aquestes regions poder ser responsables d’una part de la variabilitat que tu no justificaries amb les mutacions a nivell estructural del gen.
En eucariotes a partir del DNA tu no tens un missatger definit perquè aquest ha de patir un procés de maduració i pot variar. A més si hi ha errors encara es pot incrementar més la possibilitat de que hi hagi més variació.
Síndrome de l’X fràgil (SXF), és un trastorn hereditari que ocasiona retràs mental moderat i greu. Alteració lligada al cromosoma X, per tant, si un nen rep aquesta alteració, com que per part de l’Y no pot compensar la dosi, patirà la síndrome. Si una nena la rep per una sola via serà normal (la tindria si fos homozigòtica). Al fer estudis es va veure que els cromosomes d’aquestes persones presentaven uns nivells de fragilitat inesperats i es produïen molts més trencaments dels que es generen aleatòriament.
Un síndrome implica alteracions, anomalies, etc. que poden ser sistèmiques i que tenen una sèrie de característiques. Es tracta d’una situació en la que els individus que presenten el síndrome pateixen una sèrie de característiques molt concretes. Estan molt lligats a les pleiotropies: mutacions que tenen molts efectes diversos, tenen una cascada de conseqüències (afecten a molts gens seqüencialment).
En les persones que presentaven el síndrome de l’X fràgil es va veure que, un nt que es trobava poques vegades, en ells es trobava molt més repetit del normal. Això és el que s’anomena com una expansió de la repetició de trinucleòtids (TNRE).
(mirar taula diapo 15) En aquestes malalties hi ha un trint que es repeteix moltes vegades. A nivell molecular s’observa que les persones normals ja tenen repeticions, però hi ha un rang de repeticions que no té conseqüències fenotípiques i a partir d’un llindar tenim organismes afectats. Però no tots presenten les mateixes repeticions. La gravetat de la malaltia sol estar associada al nombre de repeticions que presentes.
Poden estar lligades al sexe o no i normalment quan les alteracions són autosòmiques, els heterozigots presenten l’anomalia.
S’ha observat que es dóna el que s’anomena fenomen d’anticipació que significa que l’edat a la que l’individu comença a presentar els problemes és més temprana com més repeticions tingui. A mesura que passa el temps els individus presenten més repeticions i quan es segueixen famílies al llarg de les generacions s’observa una tendència a incrementar.
Aquest augment es pot donar per endoreduplicacions (replicació en una forca que ja està replicant), perquè la polimerasa passa més d’una vegada per un mateix triplet, o per entrecreuaments oblics o entrecreuats (≈ recombinació ectòpica). Pot ser que l’entrecreuament entre dos cromosomes homòlegs es doni de forma desplaçada o obliqua cosa que pot portar a que es trenqui l’equilibri i un cromosoma original al final tingui més informació del conte i que l’altre en perdi.
Cada un dels fenòmens que pot ajudar a incrementar les repeticions de trints per sí sols difícilment ens serveixen per explicar com canvia tant el nombre de repeticions d’una generació a la següent. Hi ha d’haver altres fenòmens que desconeixem que ens han de servir per explicar-ho.
Els heterozigots es creia que eren normals fenotípicament però avaluant-los a altres nivells, per ex molecularment, ja es veu que hi ha efectes tot i que no manifestin la malaltia.
▪ Si una persona té un nombre de repeticions dins del rang normal passarà als seus fills aquestes seqüències sense mutacions.
▪ Quan hi ha individus amb més repeticions, a partir d’un nivell crític, pels mecanismes que hem parlat abans, pot ser que ja es passi a la descendència la seqüència més llarga o mutada.
Agent clastogènic: és un agent capaç de trencar els cromosomes. Ex: radiació ionitzant.
Si compares el cultiu cel·lular d’una persona sana i una de malalta per algun d’aquests síndromes que impliquen una major fragilitat cromosòmica del normal, al tractar-los amb el mateix clastògen l’efecte serà molt més gran en el cultiu del malalt.
Les mutacions que es donen a les regions no codificadores, poden donar alteracions molt significatives en els mRNAs i afectar a la simptomologia de les malalties.
Les mutacions poden donar-se en: ▪ Cèl·lules que donen lloc a gàmetes (germ-line cells). Donen lloc a mutacions germinals que succeeixen directament a un espermatozoide o a un òvul i, generalment, afectarà a totes les cèl·lules de l’individu que la rep.
▪ Cèl·lules somàtiques. En canvi una mutació somàtica dependrà de quan s’origini. Si s’origina en un estadi adult tindrà conseqüències menys greus que si es dóna durant el desenvolupament embrionari o el creixement i tenint en compte els fenòmens de recombinació somàtica. Això farà que part de les cèl·lules de l’individu puguin ser diferents i es doni el mosaicsisme. Que pot no ser visible.
La mutagènesi avançava al principi estudiant mutacions germinals perquè s’utilitzaven organismes experimentals els quals pots observar diferents generacions i aplicar-los diferents tractaments.
Els humans no som objecte d’investigació i podem estudiar conseqüències de mutacions germinals però no induir mutacions. S’han de donar de normal per després, a posteriori, estudiar-les. Costa molt treure conclusions de si aquest fenomen és aleatori o s’està induint per alguna substància.
Al cap d’un temps es van donar compte de que moltes malalties degeneratives podien ser degudes a efectes mutacionals causats per agents ambientals: contaminants, laborals, mèdics... les mutacions ens afecten somàticament i el fet d’acumular mutacions pot portar a malalties importants.
2. Incidència i causes de mutacions Quan parlem de mutació espontània ens referim a situacions on no sabem que existeixen o no hi ha mutàgens físics o químics que interaccionen sobre el DNA però es generen mutacions. Poden ser degudes a alteracions en la replicació (que encara que diem que és un procés molt fidel pot generar errors que pot ser que no es corregeixin sempre per la DNAP ni pels sistemes de reparació d’errors: per això hi ha una taxa basal de mutació espontània diferent a 0). Si a més hi ha agents mutàgens físics o químics la taxa de mutagènesi augmenta.
Quan es parla de mutagènesi induïda a vegades també es parla de mutagènesi ambiental. Es tracta de substàncies que no les solem trobar presents normalment però que en certs llocs les podem trobar i que incideixin negativament sobre el DNA.
L’idea de mutació varia al llarg del temps en la biologia. Hi ha com dues corrents al principi: ▪ Una més Lamarckiana que afirma que si es produeix un canvi és perquè hi ha una acció o exposició a un agent que fa que es generi un canvi però que aquest és adaptatiu i positiu (sempre els canvis són a millor). És una teoria adaptativa que afirma que la mutació té una direccionalitat.
▪ En canvi hi ha una corrent que prové de Darwin que diu que les mutacions es generen a l’atzar i que si un cavi és positiu per l’organisme pot convertir-se en un canvi adaptatiu, perquè es seleccionarà positivament per la selecció natural. Ara no hi ha dubte que és així, sabem que les mutacions no són direccionals.
En un experiment de Luria i Delbruck es demostra que la teoria certa és la de Darwin.
Estudien la resistència de E.coli al fag T1. La resistència en aquest cas és contra un virus i no a un antibiòtic. Si la resistència hagués estat induïda pel propi virus, tots els clons implicats haguessin mostrat resistència i les freqüències de resistents serien molt semblants.
Quan tu poses l’agent selectiu (virus), sobreviuen aquells bacteris que ja tenien els gens de la resistència per aquest virus prèviament. Llavors trobaràs plaques amb molts resistents perquè el bacteri que ja era resistent des de bon principi ha crescut per la placa (són una rèplica de bacteris resistents) i també hi haurà plaques on no hi ha resistents i d’altres que n’hi ha molt pocs (aquests pocs seran els generats per mutació espontània).
Hi ha una fluctuació enorme en el nombre de mutants i no mutants per això es parla del test de fluctuació.
Ho van repetir amb altres soques i altres factors i donava més o menys el mateix resultat. Així es tira per terra la teoria de la mutació preadaptativa de Lamarck i es demostra que les mutacions són espontànies (ja que si fossin preadaptatives a totes les plaques creixerien aproximadament el mateix nombre de mutants amb resistència al virus).
Causes de les mutacions espontànies Els canvis espontanis a nivell puntual poden ser deguts a desaminacions (qualsevol base té un grup amino), pèrdua de purines i formes tautomèriques. Tant les bases com els anàlegs de bases poden adoptar formes tautomèriques (aminoàimino (per A i C) i cetoàenol (per T i G)) les quals tenen tendència a aparellar-se de manera incorrecte, diferent a les bases estàndards. Aquestes formes tautomèriques poden estar presents en el substrat o en la cadena motlle que estàs copiant. La tautomeria passa de manera recurrent en el temps i són canvis reversibles.
1. Depurinació (el més comú) Pot ser que es trenqui l’enllaç entre la base i la desoxiribosa i es generi un lloc apurínic (APu-site). A nivell estructural, que la base s’elimini no té conseqüències molt importants sobre l’estructura del DNA, ja que el DNA amb llocs apurínics pot entrar en replicació però un cop el DNA es repliqui, on hi ha un lloc AP, s’ha demostrat experimentalment que la DNAP tendirà a posar A (enlloc de posar qualsevol de les 4 bases com pensaríem a priori que passaria). la incorporació de qualsevol de les 4 bases no és equiprobables, així que hi ha un 75% de probabilitats que es generi una mutació.
També es poden perdre pirimidines però és menys habitual.
Un lloc abasic és aquell en el que s’ha perdut la base, però no s’especifica de quin tipus era la base perduda.
Aquesta pèrdua de bases se sol reparar específicament gràcies a glicosilases (enzims específics) però a vegades es pot fixar l’error.
DES (dietilestilbestrol): és una hormona sintètica, que s’ha fet servir per engreixar el bestiar. Està prohibida. S’ha vist que és carcinògena, una persona que consumís carn de bestiar al que se li ha administrat aquesta hormona podria arribar a patir algun procés cancerigen.
2. Desaminació S’elimina un grup amino de la citosina i se sol afegir un grup OH fent que la C passi a ser un U. Els sistemes de reparació però, reconeixeran l’U com a una base inapropiada del DNA i intentaran reparar-ho. Si les U-glicosilases estan saturades o no funcionen bé, no tots els U es repararan i es canviaran per una C. Pot ser que es fixin alguns U i que hi hagi mutacions (a les següents rondes de replicació hi haurà una transcisió C-G à A-T).
També poden donar-se alquilacions si s’afegeix un grup metil al C3’ de la C (metilació). Aquelles alquilacions que es produeixen i que tenen interès en mutagènesi són les etilacions i metilacions.
Un agent alquilant és aquell que afegeix etils o metils a les bases del DNA. Aquests canvis no sempre són deguts a agents externs, el propi metabolisme de la cèl·lula pot afegir metils i etils a les bases del DNA (en certa proporció és normal).
Abans dèiem que si la desaminació es produïa a la C es generava un U i aquest fet generava una alarma pels sistemes de reparació de la cèl·lula. En aquest cas, al afegir un metil es passa de C a T, per tant, no es detecta com a una base incorrecta en el DNA, perquè la T ja la trobem en el DNA de normal. És més difícil d’arreglar-ho.
Si en una zona concreta del DNA hi ha moltes metilacions pot ser el que molts autors anomenen hot spots mutacionals. Hot spots són llocs on la taxa de mutació és major a la esperada i els llocs zero són llocs que solen estar quasi sempre conservats, tenen una taxa de mutació més baixa del normal.
(mirar esquemes D.31 a la 33) Qualsevol procés biològic no és perfecte, pot tenir errors més o menys greus sense que ningú l’indueixi (mutació espontània, la taxa de mutació basal no és zero).
Hi ha DNAP que són tendents a l’error (ex les del sistema SOS dels bacteris), poc precises, i d’altres super-correctores.
Hi ha substàncies químiques que indueixen la divisió i, per tant, indueixen també la replicació. Un mitogen és una substància o un agent que increment a la taxa de divisió cel·lular respecte la taxa normal. Un mitogen no és de per sí mutagen però sí que és veritat que pot tenir conseqüències mutagèniques perquè com més divisions hi ha, per probabilitat, més mutacions trobarem.
Quan un agafa la literatura científica es pot trobar que una hormona o una substància és carcinògena. Si ho interpretes fredament, pots dir que quan aquesta actua sobre nosaltres pot generar-nos mutacions, però si no està completament demostrat no té perquè ser carcinogen tot i que pot ser que ho sigui en ratolins i llavors, per prevenció, s’intenta que els humans no s’hi exposin perquè podria ser que ens generés efectes negatius.
A mesura que un organisme (animal) va envellint la probabilitat de que desenvolupi un càncer augmenta perquè qualsevol procés en un organisme vell funciona pitjor (bàsicament).
En una persona d’edat avançada les divisions també són més lentes.
Si pensem en malalties degudes a mutacions espontànies, la probabilitat de que hi hagi mutacions que es rebin per part de pare és major perquè als testicles hi ha motes més divisions que als ovaris.
La divisió és necessària perquè es puguin donar mutacions, errors.
A vegades s’observa que les mutacions estan associades a seqüències repetides del DNA, la pròpia seqüència de bases del DNA podria afavorir fets mutacionals. Per exemple: a) Hi ha unes bases repetides que a mesura que la replicació avança, si hi ha repeticions pot passar que la cadena que ja ha estat replicada es desplaci enrere i, per tant, es tornin a copiar dues o X bases que ja havien estat copiades generant una duplicació d’aquestes i per tant,una mutació frameshift de dues bases.
b) Una altra possibilitat és que en la cadena motlle, la que es copia, hi hagi una seqüència palindròmica (perquè, per exemple, hi ha una inversió) que fa que es produeixi com un bucle que fa que totes les bases del bucle, en el moment en el que la polimerasa passa, quedin amagades i la DNAP no les copiï. A la seqüència final li faltarà un segment.
c) Hi ha una seqüència que té una base que no és reconeguda per la DNAP. A vegades la replicació continua i s’hi incorpora, en aquesta posició però a la cadena complementària, la base complementària a la base de la posició següent.
Fa uns anys es va demostrar la presència de tRNAs mutants que eren capaços de suprimir duplicacions perquè llegien quatriplents enlloc de triplets (evitaven també una mutació frameshift) o bé evitaven mutacions sense sentit perquè llegien codons STOP i posaven un aà.
En el primer cas de l’esquema, si el tRNA és com ha de ser, llegirà tres bases (un codó) i a partir d’aquest punt hi haurà un canvi en la pauta de lectura. Si el tRNA llegeix quatriplets enlloc de triplets, com que llegeix les tes bases del codó i la que està de més, el següent codó es llegeix com s’ha de llegir i no s’altera la pauta de lectura.
Si hi ha un codó STOP per mutació abans de que la proteïna s’hagi acabat de traduir, els tRNAs aquests mutants, també són útils per solucionar aquest problema perquè llegeixen el codó STOP però enlloc d’aturar la traducció hi posen un aà.
Són útils per segons quines condicions però també poden tenir conseqüències negatives.
...