Tema 12 La mutación Tema 11: La mutación

Mutación y reparación del DNA Tema 12 Mutación y reparación del DNA 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

Daño y mutación en el DNA

Mecanismos de reparación del DNA 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

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, 28:491-511. 

Mutación en el DNA Aleatoria vs dirigida: test de fluctuación

(número de divisiones celulares = número células finales - 1) 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 TGGTCAGTAT ACCAGCATA ACCAGTCATA Deleción: - G-C TGGTCGTAT TGGTCATAT ACCAGCATA ACCAGTATA Transición: A-T -> G-C; G-C-> A-T; C-G -> T-A; T-A -> C-G Transversión: AT->CG, … (8 posibilidades)

Consecuencias de la mutación puntual en la región codificadora Cambio de sentido Sin sentido Desplazamiento de marco

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”

La tautomería Bases apareadas de manera incorrecta

La tautomería Bases apareadas de manera incorrecta

La tautomería Los desplazamientos tautoméricos causan mutaciones

C C C ATCCC CCCCCCCTAC ATCCCCCCCCCCCCCTAC TAGGG GGGGGGGATG Errores espontáneos durante la replicación Alineamiento incorrecto C C C ATCCC CCCCCCCTAC ATCCCCCCCCCCCCCTAC TAGGG GGGGGGGATG

Alineamiento incorrecto Las mutaciones indel causan un desplazamiento del marco de lectura

Lesiones espontáneas del DNA Despurinización del DNA

Lesiones espontáneas del DNA Desaminación del DNA

Lesiones espontáneas del DNA Acción de los radicales libres sobre el DNA

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

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

Mutaciones inducidas por agentes químicos Modificación de bases inducidas químicamente (genera emparejamientos incorrectos) Óxido nitroso (desamina), metilmetano sulfonato (agente alquilante),…

Mutaciones inducidas por agentes químicos Agentes intercalantes: moléculas planas que se intercalan en el DNA Proflavina, bromuro de etidio, dioxina

Mutaciones inducidas por agentes físicos No ionizante -> UV -> Dímeros de timina

Mutaciones inducidas por agentes físicos Radiaciones ionizantes Roturas cromosómicas - roturas de doble cadena (efectos letales) Apareamiento incorrecto – roturas del enlace n-glucosídico

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)

Mecanismos de reparación del DNA Reparación por escisión Reparación por escisión de bases: Son sistemas de reparación dependientes de homología. Reparan los daños causados por metilación, desaminación, oxidación o pérdida espontánea de bases (Glicosilasas DNA + Endonucleasas AP + Desoxirribofosfodiesterasa + Polimerasa + Ligasa) Xeroderma pigmentosum

Mecanismos de reparación del DNA Reparación por escisión Reparación por escisión de nucleótidos: Corrige los errores voluminosos que la escisión de base no reconoce (bloqueo de la horquilla de replicación o del complejo transcripcional).

Mecanismos de reparación del DNA Reparación por escisión Reparación por escisión de nucleótidos: Corrige los errores voluminosos que la escisión de base no reconoce (bloqueo de la horquilla de replicación o del complejo transcripcional).

Mecanismos de reparación del DNA Reparación propensa a error Sistema SOS: evita el bloqueo en la replicación mediante la adición de bases no específicas (E. coli)

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

El cáncer es una consecuencia fenotípica de la mutación 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