Tema 12 La mutacin Tema 11 La mutacin

Tema 12 La mutación Tema 11: La mutación 1

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 2

Daño y mutación en el DNA 3

Mecanismos de reparación del DNA • Christopher J. Lord & Alan Ashworth Nature 481, 287– 294 (19 January 2012) doi: 10. 1038/nature 107604

Mutación mínima en el nivel molecular Cambio de un único nucleótido G C 5

Espectro de mutaciones genéticas en el nivel del DNA Short tandem repeats Copy number variation 6

Mutación § Espontánea vs inducida § Somática vs germinal 7

Mutación: ¿aleatoria o dirigida a la adaptación? § Aleatoria vs dirigida: test de fluctuación (Luria & Delbrück 1943) 17 generaciones Placas con fago T 1 Luria, S. E. , and Delbrück, M. 1943. Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance. 8 Genetics, 28: 491 -511.

Mutación: ¿aleatoria o dirigida a la adaptación? § Aleatoria vs dirigida: test de fluctuación 9

Mutación §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 genética (resumen diapositivas previas) • Una mutación es un cambio estable y heredable en el material genético. • La mutación es la fuente última de toda variación genética, pues genera variación de novo. La mutación es un factor que aumenta la diversidad genética en las poblaciones. • Variación por mutación. Variación de novo mutación • Variación por recombinación genética -> Barajamiento de la variantes preexistentes. Nuevas combinaciones de haplotipos. • Las mutaciones no tienen ninguna dirección respecto a la adaptación o función del gen, son aleatorias, no dirigidas (test de fluctuación), como un cambio al azar de una letra por otra en un texto. • Este cambio suele producir una falta de significado, y por eso una mayoría de mutaciones que afectan a la función de una secuencia son deletéreas (enfermedades). Pero a veces ciertos cambios pueden introducir nuevos significados, permitiendo nuevas funciones (materia prima de la evolución). AC AA GC GA Recombinación genera diversidad haplotípica

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 § Sustitución: § Transición: A-T -> G-C; G-C-> A-T; C-G -> T-A; T-A -> C-G § Transversión: AT->CG, … (8 posibilidades) 12

Consecuencias de la mutación puntual en la región codificadora Mutación de cambio de sentido (mutación no sinónima) Mutación sin sentido Desplazamiento de marco de lectura 13

Base molecular de la mutación espontánea Errores espontáneos durante la replicación • Las formas tautoméricas (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 Tautómeros: Isómeros de compuestos químicos que se interconvierten fácilmente y se encuentran en equilibrio químico 15

La tautomería La formas raras dan lugar a bases apareadas de manera incorrecta Forma tautomérica de la citosina Forma tautomérica de la timina 16

La tautomería Bases apareadas de manera incorrecta Forma tautomérica de la adenina Forma tautomérica de la guanina 17

La tautomería Los desplazamientos tautoméricos causan mutaciones 18

Errores espontáneos durante la replicación • Alineamiento incorrecto C C C ATCCCCCCCTAC ATCCC CCCCCCCTAC TAGGG GGGGGGGATG 19

Lesiones espontáneas del DNA Despurinización del DNA 21

Lesiones espontáneas del DNA Desaminación del DNA 22

Lesiones espontáneas del DNA Acción de los radicales libres sobre el DNA 23

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 24

Mutaciones inducidas por agentes químicos Agentes químicos Modificación de bases inducidas químicamente (genera emparejamientos incorrectos) §Óxido nitroso (desamina), metilmetano sulfonato (agente alquilante), … 25

Mutaciones inducidas por agentes químicos Agentes intercalantes: moléculas planas que se intercalan en el DNA §Proflavina, bromuro de etidio, dioxina 26

Mutaciones inducidas por agentes físicos Agentes físicos §No ionizante -> UV -> Dímeros de timina 27

Mutaciones inducidas por agentes físicos Agentes físicos Radiaciones ionizantes §Roturas cromosómicas - roturas de doble cadena (efectos letales) §Apareamiento incorrecto – roturas del enlace n-glucosídico 28

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) 30

Mecanismos de reparación del DNA Síndrome de Werner Síndromes humanos asociados con defectos en los mecanismos de reparación del DNA Mutación en el gen WRN, que codifica una helicasa que participa en la estructura del tapón telomérico 35

Genética del cáncer El cáncer es una consecuencia fenotípica de mutaciones somáticas 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

Evolución de un cancer: Carcinoma in situ y Carcinoma invasivo https: //science. education. nih. gov/supplements/webversions/Cell. Biology/guide/understanding 1. html 37

Genética del cáncer Metástasis

Genética del cáncer Metástasis Desdiferenciación Transición Epitelio - Mesénquima

Causas genéticas Genética del cáncer 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. (P 53, 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

Enlaces de interés • • Muller, Hermann J. 1927. Artificial transmutation of the gene. Science, 46: 8487. En este artículo se demuestra que los rayos X producen mutaciones génicas y cromosómicas Luria, S. E. , and Delbrück, M. 1943. Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance. Genetics, 28: 491 -511. El test de fluctuación. Unos de los experimentos más elegantes de la genética Sobre Cáncer • El factor suerte del cáncer (El País 1 enero 2015) • Evolution of a cancer (https: //science. education. nih. gov/supplements/webversions/Cell. Biology/guide/understanding 1. html) • Libro divulgación: The emperor of all maladies: a biography of cancer. 2014. Siddhartha, M. Versión en español editorial Taurus Prof. Antonio Barbadilla