Tema 11: La mutación 1 Deberán quedar bien claros los siguientes puntos Mutación en el DNA Mutación vs daño genético Espontánea vs inducida Somática vs germinal Aleatoria vs dirigida: test de fluctuación Tasas y frecuencias de mutación Base molecular de la mutación espontánea Mutagénesis química y física Reparación del DNA Mutación y cáncer 2 Daño y mutación en el DNA 3 Mecanismos de reparación del DNA 4 •Christopher J. Lord & Alan Ashworth Nature 481, 287–294 (19 January 2012) doi:10.1038/nature10760 Mutación en el DNA Espontánea vs inducida Somática vs germinal 5 Mutación en el DNA Aleatoria vs dirigida: test de fluctuación (Luria & Delbrück) Luria, S. E., and Delbrück, M. 1943. Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance.Genetics, 6 28:491-511. Mutación en el DNA Aleatoria vs dirigida: test de fluctuación 7 Mutación en el DNA Tasas y frecuencias de mutación espontáneas Frecuencia por gen (gameto o replicación) (10-4-10-8) Por nucleótido (10-8 - 10-9) Estimas recientes en humanos muestran que hay nuevas 75 mutaciones por genoma haploide y generación, que equivale a una tasa de mutación de 2.3 × 10-8 por bp. Frec. Mutación: 2/8 Tasa mutación: 1/7 (número de divisiones celulares = número células finales - 1) Mutación en el DNA Cambios en el nivel de un nucleótido (puntuales) del DNA: Inserción: + A-T TGGTCGTAT ACCAGCATA TGGTCAGTAT ACCAGTCATA Deleción: - G-C TGGTCGTAT ACCAGCATA TGGTCATAT ACCAGTATA Transición: A-T -> G-C; G-C-> A-T; C-G -> T-A; T-A -> C-G Transversión: AT->CG, … (8 posibilidades) 9 Consecuencias de la mutación puntual en la región codificadora Cambio de sentido Sin sentido Desplazamiento de marco 10 Base molecular de la mutación espontánea Errores espontáneos durante la replicación • Las formas tautomérica (producen transiciones) • Alineamiento incorrecto Lesiones espontáneas del DNA •Despurinación (pérdida enlace glucosídico azúcar) •Desaminación (pérdida grupo amino) •Daño por oxidación: radicales hidroxilos, superóxido, peróxido de hidrógeno La tautomería Emparejamiento entre las bases normales “ceto” 12 La tautomería Bases apareadas de manera incorrecta 13 La tautomería Bases apareadas de manera incorrecta 14 La tautomería Los desplazamientos tautoméricos causan mutaciones 15 Errores espontáneos durante la replicación • Alineamiento incorrecto C C C ATCCCCCCCCCCCCCTAC ATCCC CCCCCCCTAC TAGGG GGGGGGGATG 16 Alineamiento incorrecto Las mutaciones indel causan un desplazamiento del marco de lectura 17 Lesiones espontáneas del DNA Despurinización del DNA 18 Lesiones espontáneas del DNA Desaminación del DNA 19 Lesiones espontáneas del DNA Acción de los radicales libres sobre el DNA 20 Mutaciones inducidas por agentes químicos Análogos de bases 5-bromouracilo -> análogo a la timina -> aparea con Guanina además de Adenina 2-aminopurina -> análogo adenina -> aparea Timina o Citosina 21 Mutaciones inducidas por agentes químicos Análogos de bases 5-bromouracilo -> análogo a la timina -> aparea con Guanina además de Adenina 2-aminopurina -> análogo adenina -> aparea Timina o Citosina 22 Mutaciones inducidas por agentes químicos Agentes químicos Modificación de bases inducidas químicamente (genera emparejamientos incorrectos) Óxido nitroso (desamina), metilmetano sulfonato (agente alquilante),… 23 Mutaciones inducidas por agentes químicos Agentes químicos Agentes intercalantes: moléculas planas que se intercalan en el DNA Proflavina, bromuro de etidio, dioxina 24 Mutaciones inducidas por agentes físicos Agentes físicos No ionizante -> UV -> Dímeros de timina 25 Mutaciones inducidas por agentes físicos Agentes físicos Radiaciones ionizantes Roturas cromosómicas - roturas de doble cadena (efectos letales) Apareamiento incorrecto – roturas del enlace n-glucosídico 26 Mecanismos de reparación del DNA Reparación directa: • DNA fotoliasa revierte dimerización • Transferasas Reparación por escisión •Por escisión de bases modificadas •Por escisión de nucleótidos (distorsiones doble cadena como los aductos de dímeros timina, errores de más de una base) •Emparejamientos incorrectos durante la replicación Reparación postreplicativa Reparación propensa a error (SOS en bacterias) Reparación de roturas de doble cadena Mecanismos de reparación del DNA Reparación directa DNA fotoliasa: revierte los dimeros de timina – fotorreactivación Transferasas de grupos alquilo: eliminan los grupos alquilo generados por mutágenos (metanosulfonato de etilo, nitrosoguanidina) 28 Mecanismos de reparación del DNA Síndrome de Werner Mutación en el gen WRN, que codifica una helicasa que participa en la estructura del tapón telomérico 33 Genética del cáncer El cáncer es una consecuencia fenotípica de la mutación Crecimiento incontrolado clon celular -> Metástasis. Selección natural entre células somáticas de un organismo que escapan al control del organismos Tipos: •Leucemia (glóbulos blancos) •Linfoma (linfocitos) •Sarcoma (mesodermo: huesos, músculos) •Carcinoma (epitelio: piel, glándulas, mama) 85% cánceres Teoría mutacional y teoría vírica -> Fusión: Mutaciones somáticas Genética del cáncer Metástasis Genética del cáncer Causas genéticas Tres tipos de genes: •Oncogenes: promueven proliferación celular (protooncogén). Muy conservados evolutivamente. Patrón autosómico dominante •Genes supresores de tumores (TS): Inhiben la proliferación celular. Patrón autosómico recesivo. (P53, el guardián del genoma –se expresa ante la falta de oxígeno, toxicidad ambiental, daños DNA) •Genes mutadores: genes que aumentan la tasa de mutación del conjunto del genoma Metáfora del autobús •Acelerador = protooncogén •Freno = TS genes •Saboteador = genes mutadores •Causas ambientales