Tema 13 - BioScripts
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Tema 13 Mutación y reparación del ADN Mutación, reversión y supresión Mutación Cambio heredable del material genético Aparece de novo (espontánea o inducida) Modifica la secuencia de nucleótidos Es la fuente de nuevos alelos Alelo silvestre (el más común) Alelos mutantes Tipos de mutaciones según su localización en el genoma Nucleares Citoplásmicas Autosómicas Gonosómicas Mitocondriales Cloroplásticas Tipos de mutaciones según el cambio de la secuencia de ADN Puntuales Sustituciones Transiciones Transversiones Inserciones o deleciones de un nucleótido Deleciones o inserciones grandes Cromosómicas Tipos de mutaciones según el cambio de la secuencia de proteína Silenciosas o sinónimas De cambio de sentido Sin sentido De desfase Mutaciones según efecto en la proteína Tipos de mutaciones según el efecto sobre la función de la proteína Pérdida de función Nula Rezumante Condicional Cambio o ganancia de función Mutaciones de pérdida de función Mutaciones de ganancia de función Tipos de mutaciones según el efecto sobre el fenotipo So má tic a G erm inal Según el tipo celular afectado Según la interacción alélica Según la v iab ili dad Do mi nan te R ecesiva Via ble L eta l Condicional Mutaciones somáticas y germinales Tipos de mutaciones según el efecto sobre la eficacia biológica Neutra Deletérea o perjudicial Ventajosa Reversión A partir de una estirpe mutante surge un individuo de fenotipo silvestre A nivel genotípico puede ser: Reversión directa o retromutación Reversión equivalente Supresión Reversión directa o retromutación AAA(Lys) mutación GAA(Glu) reversión silvestre mutante AAA(Lys) silvestre Reversión equivalente CAA(Gln) mutación CAC(His) reversión silvestre mutante CAG(Gln) silvestre CGC(Arg) mutación CCC(Pro) reversión silvestre mutante CAC(His) seudosilvestre Mutaciones supresoras intragénicas (I) Cambio de fase de signo opuesto en un segundo sitio del gen CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT inserción CAT CNA TCA TCA TCA TCA TCA TCA T deleción CAT CNA TAT CAT CAT CAT CAT CAT Mutaciones supresoras intragénicas (II) Cambio de sentido en un segundo sitio Mutación Supresión Mutaciones supresoras intragénicas (III) Cambio de sentido en un segundo sitio + + Arg Gln Asp - Asn Lys++ Mutación Supresión GluAsn++ Lys + Gln Arg+ Mutaciones supresoras intergénicas ARN transferentes supresores Supresión entre proteínas que interaccionan física o funcionalmente Ejemplo de supresión intergénica Mutación espontánea Frecuencias de mutación espontánea Organismo Carácter Gen Frecuencia Unidades Bacteriófago T2 Inhibición de lisis r→r+ 1x10-8 Por replicación Escherichia coli Auxotrofía para histidina his+→his- 2x10-6 Por división celular Escherichia coli Prototrofía para histidina his-→his+ 4x10-8 Por división celular Diplococcus pneumoniae Resistencia a penicilina pens→penr 1x10-7 Por división celular Neurospora crassa Prototrofía para adenina ade-→ade+ 4x10-8 Por espora asexual Zea mays Incoloro c+→c 2x10-6 Por gameto por generación Drosophila melanogaster Ojo blanco w+→w 4x10-5 Por gameto por generación Mus musculus Ojo rosa p+→p 8,5x10-4 Por gameto por generación Homo sapiens Acondroplasia A+→A 5x10-5 Por gameto por generación ¿La mutación es adaptativa o preadaptativa? La prueba de fluctuación de Luria y Delbrück Bacteriófago T1 Escherichia coli Predicciones de la prueba de fluctuación Resultados de la prueba de fluctuación Réplica en placa (Lederberg, 1952) Réplica en placa (Lederberg, 1952) Mecanismos de mutación espontánea Errores durante la replicación Cambios tautoméricos Formas ceto y enol (rara) de la timina y la guanina Formas amino e imino (rara) de la adenina y la citosina Lesiones espontáneas Emparejamientos normales Emparejamientos anómalos por cambios tautoméricos Consecuencias del emparejamiento erróneo Consecuencias del emparejamiento erróneo Mutágenos Muller mide la frecuencia de mutaciones letales espontáneas en el cromosoma X * : mutación letal surgida espontáneamente en la línea germinal del macho parental Muller demuestra que las radiaciones de alta energía, como los rayos X, son mutagénicas Radiación * : mutación letal inducida por la radiación en la línea germinal del macho parental Efecto de las radiaciones en Drosophila Tipo de radiación Frecuencia de letales recesivos ligados a X por 1000 roentgens Luz visible 0,0015 Rayos X (25 Mev) 0,017 Rayos β, rayos γ, rayos X fuertes 0,029 Rayos X suaves 0,025 Neutrones 0,019 Rayos α 0,0084 Radiaciones: espectro electromagnético Daños inducidos por radiación ionizante Luz ultravioleta y dímeros de pirimidina Análogos de bases: 5-bromouracilo y 2-aminopurina Agentes alquilantes: etil metano sulfonato Desaminación: ácido nitroso Formas activas del oxígeno H2O2, O2 Productos del metabolismo aerobio y de las radiaciones ionizantes Causan daño oxidativo al ADN y sus precursores Ejemplo: Puede cambiar la guanina en 8-oxo-7-hidroguanina (GO) Producto del daño oxidativo 8-oxo-7-hidrodesoxiguanosina (8-oxo dG) (GO) Frecuentemente se empareja con adenina Resultados del daño oxidativo Hidroxilamina La N-4-hidroxicitosina empareja con adenina Aflatoxina B1 Provoca la pérdida de una base: sitio apurínico Benzopireno Su derivado diol epóxido provoca lesiones en el ADN Agentes intercalantes Agentes intercalantes Inserciones y deleciones Ensayo de Ames Ensayo de Ames Análisis de reversión Mutágeno usado para revertir Mutación Ácido nitroso HA Proflavina Ninguno (reversión espontánea) Transición (GC→AT) +++ + + + Transición (AT→GC) +++ +++ + + + + + + + + +++ + - - - - Transversión Desfase Deleción grande Mecanismos de reparación de daños en el ADN Mecanismos de reparación Eliminación directa del daño Fotorreactivación Alquiltransferasas Dependientes de homología Escisión y relleno Reparación de emparejamientos erróneos Por recombinación Sin hebra molde Sistema SOS Fotorreactivación Alquiltransferasas Elimina grupos alquilo de la posición O-6 de la guanina Invierte el efecto de agentes alquilantes Escisión y relleno: sistema general Reconoce una base anormal Rompe puentes fosfodiéster a una distancia de varios nucleótidos a cada lado de la lesión La enzima de escisión elimina el segmento de ADN de una cadena que incluye la lesión La ADN polimerasa rellena el hueco y la ligasa lo sella En E. coli intervienen UvrA, B y C Escisión y relleno: sistema general Escisión y relleno: sistema específico Reparación de emparejamientos erróneos Etapas Reconocer emparejamiento erróneo Determinar qué base es la incorrecta Eliminar la base incorrecta y sustituirla Proteínas implicadas MutS, MutL, MutH Metilasa Dam Exonucleasa Proteínas de unión a cadena simple (ssb) Polimerasa III y ligasa Emparejamientos erróneos y metilación Reparación de emparejamientos erróneos en E. coli Reparación por recombinación y SOS El sistema SOS Sistemas de reparación en E. coli (1) Modo de acción Destoxificación Ejemplo Dismutasa del superóxido Transferasas de Eliminación directa grupos alquilo del daño Fotoliasa Fotoliasa Tipo de lesión Mecanismo Impide la aparición de daños oxidativos Convierte los peróxidos en peróxido de hidrógeno que es neutralizado por la catalasa O-6-alquilguanina Transfiere el grupo alquilo de la O-6alquilguanina a una cisteína de la transferasa Fotoproducto 6-4 Rompe el enlace 6-4 Fotodímeros de UV Rompe los dímeros Sistemas de reparación en E. coli (2) Modo de acción Escisión general Ejemplo Exonucleasa UvrABC Endonucleasas de sitios AP Tipo de lesión Mecanismo Lesiones que producen distorsiones en la doble hélice Corte a cada lado de la lesión. Hueco reparado por polimerasa I y ligasa Sitios AP Corte endonucleolítico, exonucleasa, polimerasa I y ligasa Bases desaminadas Glicosilasas de ADN y otros tipos de bases modificadas Elimina la base, generando un sitio AP Sitema GO Una glicosilasa elimina 8-oxodG del ADN. Otra convierte los emparejamientos erróneos 8-oxodG.A en emparejamientos legítimos 8-oxodG.C Escisión específica 8-oxodG Sistemas de reparación en E. coli (3) Modo de acción Reparación postreplicativa Ejemplo Tipo de lesión Mecanismo Sistema de reparación de emparejamientos erróneos Reconoce la cadena recién sintetizada al detectar residuos adenina Errores en la replicación no metilados en las que provocan secuencias 5’-GATC-3’; emparejamientos erróneos escinde bases de la cadena nueva cuando detecta un emparejamiento erróneo Reparación por recombinación Lesiones que bloquean la replicación y originan huecos de cadena sencilla Intercambio por recombinación Lesiones que bloquean la replicación Permite que la replicación supere la lesión bloqueante, proceso que va acompañado de la introducción frecuente de mutaciones frente a la lesión Sistema SOS Diferencia entre daño en el ADN y mutación •Los daños en el ADN (ADN alterado físicoquímicamente) son reparados por la maquinaria celular. •Cuando un daño ha sido reparado incorrectamente dando lugar a un cambio en la secuencia del ADN se ha producido una mutación. •Las mutaciones (ADN con secuencia diferente al silvestre pero estructuralmente normal) ya no son daños y por tanto no pueden ser reparadas por la maquinaria celular. Deficiencias en reparación y enfermedades humanas Enfermedad Cáncer Hipersensibilidad a Xeroderma pimentosum + piel UV, ciertos carcinógenos Ataxia telangiectasia + leucemia y linfoma Radiaciones ionizantes Síndrome de Bloom + en todas partes Algo sensible a UV, mitomicina C Síndrome de Cockayne - UV Anemia de Fanconi + leucemia Agentes que generan enlaces covalentes entre cadenas de ADN
