VARIABILIDAD GENETICA Y BIOMEDICINA Dra Mara Isabel Fonseca

VARIABILIDAD GENETICA Y BIOMEDICINA Dra. María Isabel Fonseca

Mutación v Cambio en la secuencia de ADN heredables o no v Tienen lugar en todo el genoma incluyendo secuencias codificantes o no, del genoma nuclear o mitocondrial, en células germinales o somáticas. v 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 33 Mb 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

Distintos tipos de mutaciones a nivel molecular

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) Wild tipe (wt) DNA Mutación silenciosa 5’-GTG CAC CTG ACT CCT GAG AAG TCT-3’ 5’-GTG CAC CTG ACG CCT GAG AAG TCT-3’ 3’-CAC GTG GAC TGA GGA CTC TTC AGA-5’ 3’-CAC GTG GAC TGC GGA CTC TTC AGA-5’ m. RNA 5’-GUG CAC CUG ACU CCU GAG AAG UCU-3’ 5’-GUG CAC CUG ACG CCU GAG AAG UCU-3’ H 2 N Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Ser proteína 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 wt DNA 5’-GTG CAC CTG ACT CCT GAG AAG TCT-3’ 3’-CAC GTG GAC TGA GGA CTC TTC AGA-5’ 5’-GUG CAC CUG ACU CCU GAG AAG UCU-3’ H 2 N Val His Leu Thr Pro Glu Lys Ser m. RNA proteína Cambio de sentido (anemia falciforme) DNA 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’ H 2 N Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys Ser Cambia la secuencia y se produce un cambio de AA Glu 6 Val m. RNA proteína

Otras mutaciones producen cambios fenotípicos: no silenciosas → cambio del marco de lectura Cambio del marco de lectura (enf. de Tay-Sachs) Wt 5’-CGT ATA TCC TAT GCC CCT-3’ 3’-GCA TAT AGG ATA CGG GGA-5’ 5’-CGT ATA TCT ATC CTA TGC CCC T-3’ 3’-GCA TAT AGA TAG GAT ACG GGG A-5’ 5’- CGU AUA UCC UAU GCC CCU -3’ H 2 N Arg Ile Ser Tyr Ala Pro 5’- CGU AUA UCU AUC CUA UGC CCC U -3’ H 2 N Arg Ile Ser Ile Leu Cys Pro Inserción o deleción que cambia el marco de lectura

Otras mutaciones producen cambios fenotípicos: supresión de aminoácidos Deleción sin cambio de marco (fibrosis quística) wt 5’-ATC TTT GGT GTT-3’ 3’-TAG AAA CCA CAA-5’ 5’- ATC AT 3’-TAG TA G GTG TT-3’ C CAC AA-5’ 5’- AUC UUU GGU GUU -3’ H 2 N Ile Phe Gly 5’- AUC AU H 2 N Ile G GUG UU -3’ Gly ∆F 508 (deleción de la Phe 508) Deleción o inserción sin cambio en el marco de lectura

Otras mutaciones producen cambios fenotípicos: terminación prematura Terminación prematura (neurofibromatosis tipo 1) Normal 5’-GAT GCC AAA CGA CAA-3’ 3’-CTA CGG TTT GCT GTT-5’ 5’-GAT GCC AAA TGA CAA-3’ 3’-CTA CGG TTT ACT GTT-5’ 5’- GAU GCC AAA CGA CAA -3’ H 2 N Asp Ala Lys Arg Gln 5’- GAU GCC AAA UGA CAA -3’ H 2 N Asp Ala Lys STOP Cambia la secuencia y se produce un codón de paro terminación retrasada

Bases moleculares de la mutación

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

Causas y mecanismos básicos de las mutaciones Mutaciones endógenas Mutaciones espontaneas -4 → 1 x 10 -6 Errores en la replicación: 1 x 10 Modificación de las bases por mutàgenos endógenos ☼ Sustituciones por. Inestabilidad quimica del enlace N-glicosídico Perdida de base por desaminación oxidativa de bases 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

Causas y mecanismos básicos de las mutaciones Mutaciones exógenas Mutaciones inducidas por agentes químicos 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 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 CH 3 Mut. S 5’ 3’ Mut. L ATP Mut. H 3’ 5’ CH 3 3’ 5’ 5’ 3’ DNA pol + ligasa CH 3 3’ 5’ 5’ 3’ Dam metilasa CH 3 3’ 5’ 5’ 3’ CH 3

Escisión de nucleótidos: sistema NER 5’ A G C A A G T 3’ 5’ A G C A A OH P G T 3’ OH P ESCINUCLEASA HELICASA Organismos Procariotas Sistema uvr 5’ A G C A OH P G OH P DNA pol Escinucleasa eucariota XPA reconocimiento de lesión RPA TFIIH factor de transcrip. : helicasa XPC+HHR 23 B ¿estabilización? XPG endonucleasa 3’ XPF+ERCC 1 endonucleasa 5’ A G C G A A G OH P LIGASA 5’ A G C G A A G

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

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

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. ; c 1999. Molecular Biology of the Cell. 3 rd ed. Alberts, Bruce; Bray, Dennis; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Watson, James D. New York and London: Garland Publishing; c 1994. Molecular Cell Biology. 4 th ed. Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. New York: W. H. Freeman & Co. ; c 1999. Human Molecular Genetics 2. 2 nd ed. Strachan, Tom and Read, Andrew P. Oxford, UK: BIOS Scientific Publishers Ltd; 1999. Genomes. 2 nd ed. Brown, T. A. Oxford, UK: BIOS Scientific Publishers Ltd; 2002