VARIABILIDAD GENETICA Y BIOMEDICINA Dra. María Isabel Fonseca

Mutación Cambio en la secuencia de ADN heredables o no Tienen lugar en todo el genoma incluyendo secuencias codificantes o no, del genoma nuclear o mitocondrial, en células germinales o somáticas. La frecuencia es menor al 1%

Mutación

Mutaciones en las células de la linea germinal Mutaciones en las células somáticas Las mutaciones en la linea germinal se originan en alguna de las divisiones mitoticas o mioticas de la gametogénesis Solo se transmite a las células hijas por mitosis y no al organismo completo La tasa de mutación es de 10-6 mutaciones por locus y división celular. En la formación de espermatozoide humano aparecen alrededor de 100 mutaciones debida a errores en la replicación lo q supone una mutación cada 33Mb La tasa de mutación es de 10-10 mutaciones por pb y división. El individuo portador de una mutación somática que se ha producido después del cigoto, pero antes de alcanzar su desarrollo completo puede considerarse mosaico.

Mutaciones según su magnitud Las mutaciones a gran escala (mut. Cromosomicas o voluminosas) ocurren por duplicaciones, pérdida o reagrupamientos que alteran una región de millones de pares de bases y se reflejan en la estructura del cromosoma Las mutaciones a mediana escala afectan a varios pb Las mutaciones a pequena escala (mut. Sencillas, puntuales, mínimas o micromodificaciones) implican normalembnte un solo nucleotido

Sustitución Ej. La transición G →A en la región reguladora del gen del factor IX de la coagulación impide la unión de un factor de transcripción. Esto provoca hemofilia de tipo B que es un trastorno de la coagulación que disminuye la actividad coagulante dos tercios

Mutaciones vs polimorfismos Cambios en la secuencia de ADN Frecuencia menor al 1%: mutación Frecuencia mayor al 1%: polimorfismo: ej SNP.

Existen mutaciones que no producen efecto fenotípico (silenciosas, sinónimas) 5’-GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG TCT-3’ 3’-CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC AGA-5’ 5’-GUG CAC CUG ACU CCU GAG GAG AAG UCU-3’ H2N Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Ser 5’-GTG CAC CTG ACG CCT GAG GAG AAG TCT-3’ 3’-CAC GTG GAC TGC GGA CTC CTC TTC AGA-5’ 5’-GUG CAC CUG ACG CCU GAG GAG AAG UCU-3’ DNA mRNA proteína Wild tipe (wt) Mutación silenciosa Codones para Thr ACG ACA ACC ACU Cambia la secuencia pero no se produce un cambio de AA. La proteína sintetizada es normal (β-globina)

Otras mutaciones producen cambios fenotípicos: no silenciosas → con cambio de sentido 5’-GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG TCT-3’ 3’-CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC AGA-5’ 5’-GUG CAC CUG ACU CCU GAG GAG AAG UCU-3’ H2N Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Ser DNA mRNA proteína wt 5’-GTG CAC CTG ACT CCT GTG GAG AAG TCT-3’ 3’-CAC GTG GAC TGC GGA CAC CTC TTC AGA-5’ 5’-GUG CAC CUG ACG CCU GTG GAG AAG UCU-3’ H2N Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys Ser Cambio de sentido (anemia falciforme) Glu 6 Val Cambia la secuencia y se produce un cambio de AA

Otras mutaciones producen cambios fenotípicos: no silenciosas → cambio del marco de lectura 5’-CGT ATA TCC TAT GCC CCT-3’ 3’-GCA TAT AGG ATA CGG GGA-5’ 5’- CGU AUA UCC UAU GCC CCU -3’ H2N Arg Ile Ser Tyr Ala Pro Cambio del marco de lectura (enf. de Tay-Sachs) Wt 5’-CGT ATA TCT ATC CTA TGC CCC T-3’ 3’-GCA TAT AGA TAG GAT ACG GGG A-5’ 5’- CGU AUA UCU AUC CUA UGC CCC U -3’ H2N Arg Ile Ser Ile Leu Cys Pro Inserción o deleción que cambia el marco de lectura

Otras mutaciones producen cambios fenotípicos: supresión de aminoácidos 5’-ATC ATC TTT GGT GTT-3’ 3’-TAG TAG AAA CCA CAA-5’ 5’- AUC AUC UUU GGU GUU -3’ H2N Ile Ile Phe Gly Gly Deleción sin cambio de marco (fibrosis quística) wt 5’- ATC AT G GTG TT-3’ 3’-TAG TA C CAC AA-5’ 5’- AUC AU G GUG UU -3’ H2N Ile Ile Gly Gly ∆F508 (deleción de la Phe 508) Deleción o inserción sin cambio en el marco de lectura

Otras mutaciones producen cambios fenotípicos: terminación prematura 5’-GAT GAT GCC AAA CGA CAA-3’ 3’-CTA CTA CGG TTT GCT GTT-5’ 5’- GAU GAU GCC AAA CGA CAA -3’ H2N Asp Asp Ala Lys Arg Gln Terminación prematura (neurofibromatosis tipo 1) Normal 5’-GAT GAT GCC AAA TGA CAA-3’ 3’-CTA CTA CGG TTT ACT GTT-5’ 5’- GAU GAU GCC AAA UGA CAA -3’ H2N Asp Asp Ala Lys STOP Cambia la secuencia y se produce un codón de paro terminación retrasada

Bases moleculares de la mutación

Mutaciones endógenas Mutaciones exógneas Causas y mecanismos básicos de las mutaciones Mutaciones endógenas Son mutaciones que se producen por situaciones o agentes propios del ambiente intraceluar. Mutaciones exógneas Son mutaciones que se producen por agentes fisicoquímicos ajeos a la cèlula

Mutaciones espontaneas Causas y mecanismos básicos de las mutaciones Mutaciones endógenas Mutaciones espontaneas Errores en la replicación: 1x10-4 →1x10-6 Modificación de las bases por mutàgenos endógenos ☼ Sustituciones por desaminación oxidativa de bases Perdida de base por Inestabilidad quimica del enlace N-glicosídico despurinización Las trasformaciones C →U y 5-metil-C → T se producen lentamente pero 100 veces mas rapidamente que A → H y G → X.Ej una desaminacion de C al dia por cada 107 C en equivale a 100 m`por dia

Mutaciones inducidas por agentes químicos Causas y mecanismos básicos de las mutaciones Mutaciones exógenas Mutaciones inducidas por agentes químicos Mutaciones inducidas por agentes físicos Otro ej. La radiaciones ionizantes (rayos X y rayo γ)

Sistemas preventivos Eliminación de agentes mutágenos

Mecanismos de Reparación

Sistemas preventivos Reversión directa de la lesión Reparación de fotodimeros Reparación de bases modificadas

Reparación de apareamiento incorrecto Reparación del DNA Reparación de apareamiento incorrecto Mut HLS Reparación por escinsión NER – uvr BER Reparación de roturas Recombinación no homóloga

Lectura de prueba Lodish et al.: Molecular Cell Biology. W. H. Freeman and Company, 2000. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books

Sistema Mut HLS MutS MutL CH3 MutH 5’ 3’ ATP CH3 5’ 3’ DNA pol + ligasa CH3 5’ 3’ CH3 Dam metilasa 5’ 3’

Escisión de nucleótidos: sistema NER A G C A A G T 5’ 3’ A G C A A G T 5’ 3’ ESCINUCLEASA OH P HELICASA A G C A A G T 5’ 3’ OH P Organismos Procariotas Sistema uvr Escinucleasa eucariota XPA reconocimiento de lesión RPA TFIIH factor de transcrip.: helicasa XPC+HHR23B ¿estabilización? XPG endonucleasa 3’ XPF+ERCC1 endonucleasa 5’ DNA pol A G C G A A G T 5’ 3’ OH P LIGASA A G C G A A G T 5’ 3’

Escisión de bases: sistema BER A G C A A G T 5’ 3’ N-glicosilasa A G C A A G T 5’ 3’ Endonucleasa AP OH P 1. DNA pol  (dRPasa) A G C A A G T 5’ 3’ OH P A G C A A G T 5’ 3’ OH P 2. DNA pol  + ligasa G A G C A A G T 5’ 3’ OH P P OH G A A DNA pol  FEN1 + ligasa

Sistema BER : glicosilasas Enzima Actua sobre Lesion que repara U-DNA-glicosilasa U Desaminación de C 3-metilA-DNA glicosilasa 3-Me-Base Hipoxantina Metilación de A, G, C o T Desaminación de A Formamidopiridina-DNA glicosilasa 8-hidroxiguanina Formamidopiridina Oxidacion de G Hidrato de pirimidina-DNA glicosilasa Pi oxidadas o fragmentadas Oxidacion de Pi

Recombinación no homóloga

Enlaces que se utilizaron en el diseño Modern Genetic Analysis. Griffiths, Anthony J.F.; Gelbart, William M.; Miller, Jeffrey H.; Lewontin, Richard C. New York: W. H. Freeman & Co.; c1999. Molecular Biology of the Cell. 3rd ed. Alberts, Bruce; Bray, Dennis; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Watson, James D. New York and London: Garland Publishing; c1994. Molecular Cell Biology. 4th ed. Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. New York: W. H. Freeman & Co.; c1999. Human Molecular Genetics 2. 2nd ed. Strachan, Tom and Read, Andrew P. Oxford, UK: BIOS Scientific Publishers Ltd; 1999. Genomes. 2nd ed. Brown, T. A. Oxford, UK: BIOS Scientific Publishers Ltd; 2002