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CORSO INTEGRATO DI GENETICA
a.a.2010-2011Prof. Pier Franco Pignatti
20.10.2010Lezioni N. 15 e16
Mutagenesi e malattie da difetto di riparazioneNeri-Genuardi cap 10
Xeroderma pigmentoso, Atassia teleang., Anemia di Fanconi, S. Bloom, S. Lynch
MUTAZIONI SPONTANEE
Avvengono durante la vita normale della cellula, cioè in individui non esposti a mutageni o radiazioni. Costituiscono il materiale usato dalla selezione naturale per l’evoluzione biologica.
Cause possibili: tautomeria, deaminazione, depurinazione delle basi; radicali liberi; errori replicativi, riparativi o ricombinativi
Da: E. Friedberg, DNA Rapair, Freeman 1985
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2
Friedberg, DNA repair, Freeman 1985
TAUTOMERIA delle BASIT-A
Ten-G
C- G
G-C
Gen-T
A- T
C-G
Cim-A
T- A
A-T
Aim-C
G- C
: replicazione: errore repicativo per tautomeria
DEAMINAZIONE
Le transizioni C/T rappresentano il 35-50% di tutte le mutazioni puntiformi nell’uomo. Il dinucleotideCpG muta per deaminazione 8,5 volte piùdell’atteso: 5MeC è “hot spot” di mutazione (anche C viene deaminata a U, ma il DNA viene riparato)
CMe-G
T-G
T-A
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DEPURINAZIONE
T C G C C T AA G C G G A T
T C C C T AA G C G G A T
Sito AP
In condizioni fisiologiche, sono perdute giornalmente circa 5.000 purine per genoma di mammifero per rottura del legame beta-glicosidico
MUTAZIONI INDOTTEMutageni fisici
Radiazioni ionizzanti (raggi X, γ, cosmici, radioattività artificiale e naturale), radiazioni UV
Mutageni chimiciDeaminanti, analoghi delle basi, alchilanti, intercalanti, prodotti di pirolisi, sostanze naturali, prodotti sintetici
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MUTAGENESI DA RAGGI X
Hartl. Genetica Umana, Zanichelli 1986
(senza frazionamento di dose)
Curtoni et al, Manuale di Genetica, UTET 1991
ESPOSIZIONE PRENATALE alle ESPLOSIONI ATOMICHE
8-15 settimane: divisione e migrazione delle cellule nervose nella corteccia cerebrale
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EFFETTI DELL’INCIDENTE NUCLEARE di CHERNOBYL (Aprile 1986)
EFFETTI DELLE RADIAZIONI UV
Lewin, Il gene IV, Zanichelli 1992
anello ciclobutilico
Un dimerodi Timina èprodotto dalla formazionedi legami covalenti fra basiadiacenti
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Deaminanti
Analoghi delle basi
Alchilanti
Intercalanti
Hartl, Genetica Umana, Zanichelli 1996
Alcuni MUTAGENI CHIMICI
C-G
U-G
U-A
HNO2
T-A
MUTAGENESI DA DEAMINANTI
A-T
H-T
H-C
G-C
Modificazione della base
Replicazione
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C-G
BUen -G
BUch-A
BrdU
T-A
MUTAGENESI DA ANALOGO DI BASE
T-A
BUch-A
BUen-G
C-G
Errore di incorporazione Errore di replicazione
MUTAGENESI DA ALCHILANTI
Magni, Quaderni di Biologia 11, Piccin 1976
7 alchil G7 alchil G
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MUTAGENESI DA INTERCALANTI
Magni, Quaderni di Biologia 11, Piccin 1976
MUTAGENI AMBIENTALISostanze naturali: es. aflatossinaProdotti di pirolisi: es. cibi cotti, tabaccoProdotti sintetici: es. additivi alimentari,
cosmetici, tinture permanenti capelli, farmaci citostatici e immunodepressivi, insetticidi e fungicidi, erbicidi e fitormoni, casa (ipoclorito sodio), lavoro (cloruro vinile, diossina), atmosfera (formaldeide, fumo di sigaretta)
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NEJM 330:907, 1994
IL COSTO UMANO DELL’USO DEL TABACCO
MUTAGENI E CANCEROGENI
his-
Revertentihis+
Test di Amesper tre tinture di capelli
Curtoni et al, Manuale di Genetica, UTET 1991; Friedberg, DNA repair, Freeman 1985; Mange e Mange Genetica e l’Uomo, Zanichelli 1993
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RISPOSTA al DANNO del DNA
Rovesciamento del danno: fotoriattivazione, riparo di O6-alchilG, inserzione di Pu, legatura di incisione (SSB), riparazione della rottura del doppio filamento (DSB)
Excisione del danno: excisione di base (BER), di nucleotide (NER), accoppiata a trascrizione (TC-NER), da accoppiamento errato (MMR)
Tolleranza del danno: sintesi translesione(TLS)
Friedberg E et al DNA repair and mutagenesis, ASM Press 2006
RISPOSTA AL DANNO DEL DNA
Friedberg, Nature 2003; 421:436
MMR NER BER
TOLLERANZA
RIPARAZIONE
: danno al DNA
: riparaz. per excisionee sintesi DNA
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MALATTIE DA DIFETTO DI RIPARAZIONE
Curtoni et al, Manuale di Genetica, UTET 1991
XP
AT
FA
BS
Gruppi
Compl.
9*
6
13
1-2
*XP: es. gruppo D (DNA elicasi), E (DNA BP), …
(Malattie AR)
Test di complementazione
Test per deficit riparazione DNA: cellule di un paziente sono trasformate da DNA umano normale o estratto da pazienti con altro gene malattia che ripristina fenotipo N
Strachan e Read, Genetica umana molecolare, UTET 2001, p.61
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XERODERMA PIGMENTOSUM (XP)
Friedberg DNA repair Freeman 1985
RR Ca cute: 10.000x
Difetto di riparazione in cellule XPc.normali irradiate c.XP irradiate
Difetto NER e sintesi translesione. XPV: Mutazioni DNA Pol eta, che normalmente può inserire due A in sito di fronte a dimero T (Biertumpfel C et al; Silverstein TD et al, 2010)
Test UDS: in XP non c’èsintesi di DNA in cellule non in fase S
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Friedberg, DNA repair, Freeman 1985
ATASSIA TELEANGIECTASIA (AT)
Friedberg, DNA repair, Freeman 1985
Riparazione in Atassia Teleangiectasia
Gene ATM (AT Mutated):sensore del danno al DNA. Difetto risposta rotture DNA
Test di incorpora-zione H3T
Test di crescita cellulare
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Gelehrter Collins, Manuale di Genetica Medica, Masson 1992
ANEMIA DI FANCONI
Test DEB: instabilitàgenomicain FA
Difetto riparazione legami crociati
Friedberg, DNA repair, Freeman 1985
SINDROME DI BLOOM (BS)
Gene BLM: DNA elicasi
Aumento frequenza SCE
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Scambio di cromatidi fratelli (SCE) in BS
Friedberg E et al DNA repair and mutagenesis, ASM Press 2006
SCE “cromosomi arlecchino” 5-10x in BS
HNPCC: tumore ereditario non poliposicodel colon. Difetto MMR (e BER)
Difetto di riparazione in HNPCC (o S.Lynch)
Read e Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg. 318
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INSTABILITA’ dei MICROSATELLITI in HNPCC
Lynch HT e A de la Chapelle NEJM 2003
Per il marcatore BAT (ripetizione di 1N) il tumore ha 1 nuovo allele (doppie frecce) che ha perso circa 5 N. Per D2S(ripetizione di 2 N), 2 nuovi alleli (triple frecce): uno con perdita di circa 10 N (a sin), uno con aggiunta di 2 N (a destra).
Test MSI
Riparazione del DNA e durata della vita
Kornberg, DNA replication, Freeman 1980
La durata della vita è diminuita nelle sindromi progeroidi con difetto di riparazione del DNA: Werner(DNA elicasi), Cockayne, TTD, AT