Bases moleculares de la mutacin y reparacin del ADNMdulo XII del texto

Concepto de mutacinEs la Alteracin de una secuencia de ADN Errores de replicacin

Se producen por:

Agentes fsicos o qumicos (mutgenos)

La forma allica inalterada es la silvestre (wild type) y la forma nueva es la mutante

Concepto de mutacinSe dan en todo el genoma (en secuencias codificantes o no codificantes)

Se dan en genoma nuclear o mitocondrial

Se dan en clulas germinales (heredables) y somticas (no heredables)

Concepto de mutacin`

La mutacin y la recombinacin meitica son las fuentes de la variabilidad gentica

`

Se relacionan con:` ` ` ` `

la evolucin de las especies, la identidad gentica de los individuos, las enfermedades genticas el diagnstico prenatal el cncer

Clasificacin de mutaciones

Segn tipo de clula:Germinal

Segn la magnitud:Grandes (anomalas cromosmicas)

Somtica

Medianas (en secuencias repetidas)

Pequeas o puntuales

Clasificacin de mutaciones

Segn el mecanismo:Endgenas (espontneas o fortuitas): Exgenas (inducidas por mutgenos)Agentes qumicos (accin directa, alquilantes, intercalantes) Agentes fsicos (rayos UV)

Errores en la replicacin

Desaminacin oxidativa de bases

Mutgenos endgenos

Agentes biolgicos (virus)

Mutaciones en clulas germinalesSe dan en las divisiones mitticas o meiticas de la gametognesis Puede no influir en el fenotipo celular ni del organismo. La mutacin se hereda a todas las clulas del organismo hijo y su descendencia.

Mutaciones en clulas germinales`

Su importancia depende de la funcin afectada:` ` ` `

Esencial (aborto) No esencial e importante (enfermedad) Indetectables Beneficiosas

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Tasa: 10-6 mutaciones por locus y divisin celular: Por espermatozoide aparecen unas 100 mutaciones (una cada 33 Mb)

Mutacin en clulas somticas`

Solo se transmiten a clulas hijas en la mitosis y no a todo el organismo

`

Pueden afectar a cualquier cromosoma en cualquier parte del organismo

`

Pueden ocurrir en el desarrollo del individuo o en su fase madura

`

Nunca son heredables

Mutacin en clulas somticas` `

Son mayoritarias Tasa de 10-10 por pb y divisin celular; pero se incrementa por exposicin a mutgenos, la edad y alteracin de mecanismos de reparacin del ADN

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MOSAICO: Cuando la mutacin se produce despus del cigoto durante el desarrollo (dos o ms lneas celulares genticamente distintas en un mismo cigoto)

Mosaico

Cigoto

Cigoto

Mutaciones puntualesUn solo nucletido (pb) o varios pb. I. Sustitucin: II. Insercin: III. Delecin: Transicin y transversin Sustituciones sinnimas y no-sinnimas Sustitucin de mltiples bases

De pocos nucletidos Expansiones repetidas de tripletes Otras inserciones grandes

De uno o pocos nucletidos Grandes deleciones

Cambios en la secuencia de ADNSilvestre 5 CCCTTTATATCGCGTATGATA 3

Sustitucin

5

CCCTTTATT CCCTTTATTTCGCGTATGATA

3

Delecin 5 Insercin 5

CCCTTTATTCGCGTATGATA CCCTTTATAA CCCTTTATAATCGCGTATGATA

3 3

Sustitucin`

Aparicin de un nucletido en una posicin originalmente ocupada por otra (cambio de una sola base)

`

Es relativamente comn en todo el ADN (codificante o no)

ATransicionesDe una pirimidina por otra o de una purina por otra

GTransversionesDe una purina por una pirimidina y vis.

T

C

Delecin` `

Prdida de uno o ms nucletidos Muy comn en ADN no codificante, y poco frecuente en ADN codificante

`

Pueden causar un cambio en marco de lectura.

Insercin`

Aparicin de uno o varios nucletidos adicionales en una secuencia

`

Muy comn en ADN no codificante y raro en ADN codificante.

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Ej: repeticin de trinucletidos o expansin de tripletes

Efecto sobre la secuencia

de la protena sintetizada

Mutaciones silenciosas` `

Sinnimas o neutrales, asintomticas o con sentido Muy numerosas (23-25% de todas las mutaciones en ADN codificante) No se altera la secuencia del producto proteico. Debida a la degeneracin del cdigo Normalmente afecta la 3a base de un codn Pasan inadvertidas No confieren ventaja ni desventaja

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Mutacin silenciosaHebra no transcrita Originalmente T

5 GTG CAC CTG ACG CCT GAG GAG AAG TCT GCC 3 3 CAC GTG GAC TGC GGA CTC CTC TTC AGA CGG 5 Hebra transcrita o molde ARNm 5 GUG CAC CUG ACG CCU GAG GAG AAG UCU GCC 3 N Val - His - Leu - Thr - Pro - Val - Glu - Lys - Ser - Ala C

Mutaciones no silenciosas` ` `

Se afecta la secuencia proteica Pueden ser cambios beneficiosos o perjudiciales Mutaciones que alteran el sentido`

Cuando el cambio produce un nuevo triplete que codifica una aa diferente

`

La mayora de mutaciones en regiones codificantes (73%) son de este tipo

Mutacin no silenciosaHebra no transcrita Originalmente A

5 GTG CAC CTG ACT CCT GTG GAG AAG TCT GCC 3 3 CAC GTG GAC TGC GGA CAC CTC TTC AGA CGG 5 Hebra transcrita o molde ARNm 5 GUG CAC CUG ACU CCU GUG GAG AAG UCU GCC 3 N Val - His - Leu - Thr - Pro - Val - Glu - Lys - Ser - Ala C Val por Glu: Causa de anemia falciforme

Mutaciones de sentido alterado

Sustitucin conservadora:

Sustitucin no conservadora:

El aa es sustituido por otro con propiedades qumicas semejantes (Asp y Glu)

El aa es sustituido por otro no similar, diferente en carga, polaridad, tamao de su cadena lateral

Mutaciones que cambian el marco de lectura`

La insercin o delecin de nucletidos cambia la forma como se leen los tripletes alterando la secuencia de la protena

`

Las deleciones o inserciones deben ser en nmero no mltiplo de 3

`

Se produce a partir de la mutacin hasta el extremo C terminal

Cambio en el marco de lectura: DelecinHebra no transcrita Originalmente C

5 GTG CAC CTG A T CCT GAG GAG AAG TCT GCC 3 3 CAC GTG GAC T C GGA CTC CTC TTC AGA CGG 5 Hebra transcrita o molde ARNm 5 GUG CAC CUG AUC CUG AGG AGA AGU CUG CC... 3 N Val - His - Leu - Ile - Leu - Arg - Arg - Ser - Leu - ... C Protena extraa

Cambio en el marco de lectura: InsercinInsercin de 4 pb Hebra no transcrita 5 CGT ATA TCT ATC CTA TGC CCC TGA C ... 3 3 GAC TAT AGA TAG GAT ACG GGG ACT G... 5 Hebra transcrita o molde ARNm 5 CGU AUA UCU AUC CUA UGC CCC CUG AC... 3 N Arg - Ile - Ser - Ile - Leu - Cys - Pro - Leu - ... C Protena extraa

Mutaciones que no cambian el marcoInsercin o delecin de 3 pb o mltiplos de 3

Aade o elimina algn aa sin cambiar el marco

Su efecto es mucho menor y puede no afectar la fxn de la protena

Mutaciones con terminacin prematura de la protena`

No afectan la secuencia de aa, pero la sustitucin, insercin o delecin de uno o varios nucletidos hace aparecer un codn de terminacin (UAA, UAG, UGA)

`

Se produce la terminacin prematura del ARNm y una protena acortada

` ` `

Mutaciones sin sentido Son poco frecuentes Con efecto fenotpico

Mutaciones con terminacin retrasada`

Cuando una mutacin puntual provoca la sustitucin de un codn de terminacin por otro aa

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La traduccin del ARNm contina ms all del extremo 3 codificante

`

Los fenotipos son similares a los de terminacin prematura

Causas y mecanismos de las mutaciones`

Mutaciones endgenas:`

Ocasionados por situaciones o agentes del ambiente intracelular:` `

Errores de la replicacin Reacciones espontneas por inestabilidad propia del ADN Reacciones con subproductos del metabolismo celular

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Errores de replicacin` `

La ADN polimerasa replica con gran fidelidad Ms del 99,9% de los errores de replicacin son corregidos por enzimas reparadoras

`

La tasa de error de replicacin es de 10 -9 a 10 -11 mutaciones por nucletido incorporado en cada ciclo de divisin celular

`

Solo se introduce un nucletido incorrecto cada 10,000 Mb

Sustituciones por desaminacin oxidativa

Prdida de un grupo amino exocclico con aparicin de un grupo carbonilo anular. Alteracin de puentes de H entre las bases C por U; A por Inosina; G por X...

NH2

H2O H

OH NH2

NH3

OH H

O

Prdida de bases por inestabilidad del enlace N glicosdico

Despurinaciones espontneas

A PO4 PO4 OH + A

Modificacin por mutgenos endgenos` `

Por compuestos que reaccionan con las bases y los modifican Ej: especies reactivas de Oxgeno (superxido O2 -, hidroxilo OH) que daan el ADN rompiendo una hebra u oxidando las bases nitrogenadas

Mutaciones inducidas o exgenas`

Por agentes qumicos:`

Alquilantes (transfieren metilos o etilos a una base): Dimetilsulfato

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Intercalantes (se insertan entre las bases apiladas y distorsionan su estructura helicoidal): Acridina

`

Otros: Aflatoxinas, arsnico, asbestos

Mutaciones inducidas o exgenas`

Por agentes fsicos:`

Rayos UV: Reaccin entre dos T adyacentes en la misma hebra formando un anillo de ciclobutano. Baja penetracin afecta piel

`

Rayos ionizantes (X y gamma): Apertura de anillos, fragmentacin de bases, ruptura del esqueleto de ADN. Alta penetracin afecta todo

Mutacin por UV

Dmeros de timina

Reparacin del ADNLa capacidad de reconocer y reparar daos es esencial

Existen varios sistemas reparadores enzimticos in vivo

La velocidad de mutacin es reflejo del balance entre el nmero de errores ocurridos y corregidos

Vias de reparacin

Eliminacin de mutgenos (Superxido dismutasa)

Escisin de bases Reversin directa (Fotoliasa, alquiltranferasas) Escisin de nucletidos (Escinucleasa) (N-glicosilasas de ADN y endonucleasas AP) Reparacin de apareamientos incorrectos

Eliminacin de mutgenos`

Evita las lesiones antes de que se produzcan, neutralizando los mutgenos.

`

Ej: Superxido dismutasa que evita la acumulacin de superxidos2 O2- + 2 H+Superxido dismutasa

O2 + H2O2Catalasa

1/2 O2 + H2O

Radical libre, produce daos por oxidacin al ADN

Reversin directa de la lesin` `

Forma ms inmediata de reparar una mutacin Regenera la base daada revirtiendo la transformacin qumica`

Ej: Reparacin de fotodmeros por la fotoliasa mediada por luz visible

`

Ej: Reversin de bases modificadas con grupos alquilo por una alquiltransferasa

Reparacin por escisin`

Es la eliminacin de bases, nucletidos o segmentos de ADN defectuosos y su reemplazo por otro nuevo de secuencia correcta

` `

Es un proceso complejo en etapas Conlleva la sntesis de el fragmento daado de ADN

Reparacin por escisin

1a EscisinP OH P

2a Escisin

OH

OH OH P

Sntesis

OH P

Sntesis Sellado por ADN ligasa

Enfermedades humanas asociadas a la reparacin`

Defectos en genes que codifican protenas de reparacin de ADN`

Ej: Xeroderma pigmentosa (cncer de piel) es un defecto en uno de los genes de la reparacin por escisin de nucletidos, acumula dmeros de timina. Sensibilidad aumentada a rayos UV

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Ej: Tricotiodistrofia Ej: Cncer colorectal hereditario sin poliposis