TEMA 1 - Introducció (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Mutagènesi
Año del apunte 2015
Páginas 6
Fecha de subida 08/04/2015
Descargas 10
Subido por

Vista previa del texto

MUTAGÈNESI PARCIAL 1 Tema 1 – Introduccio Què és la mutagènesi? És l’estudi de l’origen de les mutacions, fenòmens que es donen tant de manera espontània i/o induïda. Ens centrarem en l’espontània.
DATES D’INTERÈS - - 09/02/15 Any 1924 – Thomas Müller demostra que els rajos X són capaços d’induir mutacions en Drosophila, concretament mutacions letals recessives lligades al sexe.
Any 1944 – DNA com a material hereditari.
Any 1947 – Auerbach i Robson demostren el mateix (inducció de mutacions letals recessives) però aquest cop amb un agent químic – el gas mostassa. Interpretar aquestes dades correctament va ser difícil perquè faltaven les bases adjacents a les conseqüències.
Any 1953 – Estructura del DNA.
Any 1957 – Mecanisme de la síntesi de proteïnes.
Any 1958 – Replicació semiconservativa del DNA.
Any 1961 – Model de l’operó.
Any 1964 – 67 – Desxiframent del codi genètic.
Any 1964 – Es crea la revista Mutation Research, sent la que més publicacions ha publicat i publica sobre el tema.
Any 1967 – Síntesi de DNA in vitro.
Any 1969 – Fundació de la Enviroment Mutagen Society (EMS) per Alexander Hollaender.
Any 1970 – Fundació de la European Environmental Mutagen Society per F. H. Sobels (EEMS).
Any 1975 – Correlació mutagenicitat – carcinogenicitat.
Any 1979 – Creació de la revista Environmental Mutagenesis (Seymour Abrahamson).
Any 1982 – Oncogens.
Any 1986 – Creació de la revista Mutagenesis (James M. Parry).
Any 1988 – Fundació de la Societat Espanyola de Mutagènesi Ambiental (SEMA).
Parlem d’agent mutagènic per referir-nos a substàncies mutagèniques, tant si són substàncies químiques com no.
TOXICOLOGIA GENÈTICA – Cronologia 11/02/15 La toxicologia genètica és l’acció tòxica sobre el material genètic (DNA). Si els efectes són tòxics, estarem davant d’un dany que comporta efectes perjudicials a nivell cel·lular o d’individu.
El dany genotòxic primari afecta el DNA. Això necessàriament representarà una mutació/canvi heretable? No. Hi ha danys reparables (sistemes de reparació). Trobem dos tipus de sistemes de reparació: 1 MUTAGÈNESI - PARCIAL 1 Perquè aquest dany no tingui conseqüències, el sistema de reparació ha de ser lliure d’error (error free). Alguns autors els anomenen sistemes de reversió.
Altres cometen errors. Per tant no podem dir que el dany genotòxic primari sigui una evidència d’una mutació el 100% de les vegades.
Un agent que muta i mata, tampoc l’anomenarem substància genotòxica, per tant tampoc interessa en la temàtica.
Només ens interessa quan es posen de manifest canvis importants generats (germinals o somàtics) amb nivells de toxicitat (general o sistèmica) trobats zero.
Finals dels anys 60: - Els mutàgens ambientals provoquen mutacions en humans? Desenvolupament dels tests genètics.
Anys 1975 – 1985: - - “Rapid screens” en S. typhimurium (assaig d’Ames).
Mètodes d’examinació in vitro. En realitat, perquè els resultats siguin bons i reals, els experiments haurien de ser in vivo, ja que in vitro s’hauria d’extrapolar i per tant, els resultats perdrien validesa.
Tests en bateries.
Anys 90: implementació de mètodes d’examinació i valoració del risc per definir l’impacte de genotoxines ambientals. Aplicació de mètodes d’examinació genètica cap a la detecció i comprensió mecànica de la carcinogènesi mitjançant: - Millor traducció dels resultats experimentals al risc en humans.
Estudis mecànics.
Dosis rellevants.
Finals dels anys 90: tecnologies innovadores basades en avanços en genòmica.
El que volem demostrar amb els estudis sobre toxicologia genètica és que agents no tòxics o agents tòxics en dosis subtòxiques sí que produeixen mutacions, encara que els individus sobrevisquin. S’han d’avaluar dosis que no generin molta mortalitat / toxicitat (que no superi el 50%). Si et carregues el 50% dels ratolins, mal.
GENOTOXICITAT El terme genotòxic va començar a ser utilitzat de manera generalitzada a partir de la publicació del treball de Lars Ehrenberg et al. el 1973, sobre la relació entre càncer i dany genètic: the relation of cancer induction and genetic damage. In: Evaluation of Genetic Risks of Environmental Chemicals. Royal Swedish Academy of Sciences.
En el càncer hi ha unes mutacions en uns gens específics implicats en el procés cancerigen.
Aquestes mutacions poden ser espontànies o induïdes. L’any 73 Ehrenberg usa la paraula genotòxic per primer cop.
2 MUTAGÈNESI PARCIAL 1 10 anys després, el 1983, la Comissió Internacional per la Protecció contra els Mutàgens i Carcinògens Ambientals(ICPEMC) va establir una definició més detallada del terme genotòxic.
Segons la mateixa, els agents genotòxics són tots els que tenen afinitat per interaccionar amb el DNA. Ara bé, això no constitueix necessàriament una prova de perillositat pel que fa a la salut humana – el fet que un investigador trobi que una substància mutagènica afecta un ratolí, Saccharomyces... no implica necessàriament un perill pels humans. Estem sotmesos a molts agents que poden ser nocius, però perquè ho siguin s’han de donar una sèrie de condicions. No hi ha una associació directa.
IMPEMC (1983) Screening strategy for chemicals that are potential germ-cells mutagens in mammals. Mutation Research 114: 117-177. En aquesta revisió es deixa molt clar que els efectes nocius es deuen a que els agents són capaços d’interaccionar amb el DNA, encara que no sempre de forma directa. Els mutàgens podran ser directes, indirectes, promutàgens...
El 1979, Bruce Ames, emprant el seu conegut assaig de mutagenicitat amb Salmonella typhimorium, va identificar un bon nombre de contaminants químics capaços de causar mutacions en organismes procariotes i càncer en mamífers: Identifying environmental chemicals causing mutations and cancer. Science 204: 587-593.
Ames estava interessat en un principi en investigar la síntesi de la histidina, però després es va dedicar a investigar la mutació gènica. Per exemple, pot ser que un bacteri salvatge hagi mutat i passi a ser auxòtrof per la histidina: his+  his-. Si no suplementem aquesta mutació afegint histidina al medi, el bacteri no podrà créixer. A més, de manera espontània o induïda per tractament, una proporció determinada de bacteris his- podrien patir una retromutació que els convertís una altra vegada en his+. Si fos de manera induïda, podríem mesurar la capacitat mutagènica de cert compost. En un assaig, mirarem com un compost A afecta a un tipus de mutació B.
Després, als anys 80, la EPA va seguir investigant i fent estudis. Sabien que certs compostos provocaven càncer en rosegadors per experiments in vivo. A partir d’aquí estudiaven aquests compostos amb el test d’Ames, i van trobar una correlació de més d’un 90%. Van concloure que qualsevol mutagen pot ser un carcinogen – conclusió falsa, ja que tot depèn de la dosi i el temps d’exposició. Tots els compostos tenien el potencial de ser carcinògens però no tenien perquè acabar-ho sent. No es pot extrapolar.
El 1982, el grup de recerca dirigit per Mariano Barbacid va demostrar que una mutació puntual d’un sol parell de bases era la responsable que un proto-oncogen, implicat en el càncer de la bufeta en humans, adquirís la seva capacitat transformadora: A point mutation is responsible for the acquisition of transforming properties by the T24 human bladder carcinoma oncogene.
Nature 300: 149-152. Va ser el primer cop que es va demostrar la relació entre una mutació gènica puntual (afecta una sola base) i un càncer no experimental (de bufeta, en humans). Un canvi de qualsevol parell de bases no produirà un càncer, només certs canvis molt específics el produiran.
3 MUTAGÈNESI PARCIAL 1 CARCINOGÈNESI MULTIFÀSICA En el moment en què sabem que existeixen uns gens, les mutacions dels quals estan associades al procés cancerigen, parlem de X mutacions.
Podem definir el càncer en tres paraules: - Multifàsic: amb múltiples fases o etapes des de l’inici del tumor i la carcinogènesi.
Multigènic: hi ha implicats diversos gens.
Multicausal: poden haver-hi moltes causes: químiques, físiques...
Hi ha gens en els quals les mutacions estan relacionades en l’aparició de càncer. És fals que una sola mutació produeixi càncer, en realitat se’n necessiten diverses. En humans, per exemple, es podrien necessitar 4: 2 mutacions en oncogens i 2 més en gens supressors de tumors (4 = número random).
Hi ha casos en els quals fins i tot s’arriba a la neovascularització: es creen nous vasos sanguinis per tal que el tumor rebi el seu propi oxigen per alimentar les cèl·lules tumorals. Per tant, una manera de frenar la metàstasi és frenar aquesta neovascularització.
MUTÀGENS DIRECTES I INDIRECTES Pot ser que un producte químic arribi al DNA, interaccioni amb ell, li provoqui un dany i com a conseqüència una mutació (mutagen directe).
Però moltes vegades tenim un producte que per sí mateix no pot interaccionar directament amb el DNA, sinó que cal que un enzim el modifiqui perquè pugui interaccionar-hi. Per tant la molècula ha de ser transformada metabòlicament.
4 MUTAGÈNESI PARCIAL 1 Això interessa perquè: 1. El nostre metabolisme és superior al d’un bacteri 2. Si un fa un estudi in vivo, tenim tota la maquinaria però no si es fa in vitro. En els cultius cel·lulars s’han d’afegir fonts externes.
Quan fem un estudi sense afegir una font metabòlica, hem d’afegir els que afecten de forma directa i també els que ho fan de forma indirecta.
MUTAGENICITAT, EPIDEMIOLOGIA CARCINOGENICITAT I En un estudi epidemiològic es miren quants casos de càncer d’X tipus hi ha hagut en els diferents anys en diferents zones, i d’aquests quants han sobreviscut...
L’àrea de la mutagènesi és molt gran, i els seus resultats no són sempre extrapolables per espècies diferents de la qual s’ha fet l’estudi. Per arribar a resultats més o menys fiables, sobretot en l’àmbit de la salut, han de combinarse estudis des del punt de vista de la mutagènesi, la carcinogènesi i l’epidemiologia.
En la imatge, els ratolins representen els investigadors.
Cada un és expert en una àrea concreta, però s’ha de comunicar per tal d’arribar a conclusions vàlides.
5 MUTAGÈNESI PARCIAL 1 AVANÇOS EN TECNOLOGIA I PROTOCOLS EMPRATS EN LA RECERCA SOBRE MUTAGÈNESI I TOXICOLOGIA GENÈTICA De vegades, es dissenyen protocols o avanços tecnològics en cert camp científic que després resulten ser també molt útils en mutagènesi: - - - Development and use of plasmid-engineered bacteria strains for mutant detection.
Exogenous metabolic activation systems for use in routine in vitro tests: afegim una font d’acció metabòlica.
Chemical straining procedures for visualizing sister chromatid exchange. Si tractem les cèl·lules, podria incrementar el nombre d’intercanvis de cromàtides germanes, que en realitat el que indicaria seria un elevat nombre de trencaments de doble cadena.
Perquè hi hagi intercanvis de cromàtides germanes, hi ha d’haver trencaments de doble cadena, per tant el genoma ha de ser inestable. Si detectes un augment de SCE a nivell espontani o induït, s’estan produint molts trencaments en aquelles cèl·lules, que podrien tenir conseqüències (provoquen unions il·legítimes). Per tant, un assaig en sí és interessant perquè posa de manifest una inestabilitat que pot ser espontània o induïda.
Per això, el fet que el metge sàpiga la freqüència d’intercanvis ja serveix per fer el diagnòstic d’alguns síndromes.
High-resolution techniques to detect and identify DNA adducts. Un adducte és la unió d’un radical en alguna base (DNA) o aminoàcid (proteïnes) (pot trobar-se en el DNA o en proteïnes). Aquests adductes poden ser grans o petits – si són grans (en anglès anomenats bulky o gross), la cèl·lula tendirà a detectar-los i eliminar-los amb més freqüència que si són petits, ja que aquests podrien passar per desapercebuts. A més, si els adductes es troben en proteïnes, significarà que encara que no ho detectem, també podrien afectar al DNA.
Somatic cell hybridization.
Shuttle (llançadera) vectors.
Nucleic acid hybridizations methods.
6 ...