Inestabilidad del genoma humano: mutaciones y reparación de DNA. Capítulo 9 Human Molecular Genetics. cap. 9 Hum Mol Gen. 2

Transcripción

1 Inestabilidad del genoma humano: mutaciones y reparación de DNA Capítulo 9 Human Molecular Genetics cap. 9 Hum Mol Gen. 1 cap. 9 Hum Mol Gen. 2 1

2 Mutaciones Las fuentes más frecuentes de mutaciones (bajo condiciones normales) son endógenas, es decir, errores durante la replicación y reparación del DNA. Nro de divisiones celulares durante la vida: para generar las células en el organismo para mantener las células que se dividen Nro de nucleótidos a incorporar por división celular: 6 x Total de nucleótidos: 6 x 10 26!!!! Fidelidad de las DNA polimerasas: por nucléotido incorporado. mrna promedio: 1,7 Kb >> 1.7x mutaciones/gene y % celular. Cada gen en el organismo puede tener mutaciones cap. 9 Hum Mol Gen. 3 Clases de mutaciones en regiones codificantes Mutaciones silenciosas (sinónimas) Mutaciones no sinónimas: Sin sentido: generan codones stop Modifican el aa:» Conservativas» No conservativas Cambio de codones stops cap. 9 Hum Mol Gen. 4 2

3 Mutaciones en regiones codificantes Las substituciones en el DNA codificante no ocurren al azar cap. 9 Hum Mol Gen. 5 Degeneración del código genético 4fold: Todas las posibles substituciones son cambios sinónimos 2fold: Solo 1 substitución mantiene el aa Figure 9.2. Codon frequencies in human genes and locations of nondegenerate, two- and fourfold degenerate sites. Observed codon frequencies were derived from an analysis of 1490 human genes by Wada et al Note that although eight of the 61 first base positions are twofold degenerate, about 96% of all possible substitutions at the first base position are nonsynonymous. 100% of base substitutions at the second base position are nonsynonymous, but only about 33% of those at the third base position. cap. 9 Hum Mol Gen. 6 3

4 Los genes que codifican proteínas varian en la proporción de substituciones no sinónimas Proteínas muy conservadas: Ubiquitina, histonas H3 y H4, Calmodulina, proteinas ribosomales. cap. 9 Hum Mol Gen. 7 En la linea germinal del hombre hay más frecuencia de mutaciones debido al mayor nro de divisiones cap. 9 Hum Mol Gen. 8 4

5 En las mujeres el nro de % celulares es constante En el hombre la espermatogonia tipo Ad continúa dividiéndose cada 16 días cap. 9 Hum Mol Gen. 9 Mecanimos genéticos que generan mutaciones en secuencias repetidas Mal apareamiento de las cadenas de DNA durante la replicación puede originar polimorfismos en microsátelites (VNTR). cap. 9 Hum Mol Gen. 10 5

6 Largas unidades de DNA repetitivo en tandem son susceptibles de largas deleciones o inserciones como resultado de cruzamiento desigual o intercambio desigual de cromátidas hermanas cap. 9 Hum Mol Gen. 11 Secuencias cortas dispersas en el genoma pueden generar duplicaciones en tandem o largas deleciones Por ejemplo: Secuencias ALU cap. 9 Hum Mol Gen. 12 6

7 Conversión génica Intercmbio no recíproco El dador no es alterado Interalélica (A) o Interlocus (B) cap. 9 Hum Mol Gen. 13 Mutaciones patogénicas: el genoma mitocondrial es un hotspot para mutaciones patogénicas Paradoja: Es un blanco pequeño Miles de copias por célula muy baja probabilidad de que se fije una mutación. Explicaciones y causas: i) alto % de regiones codificantes (93%, 100Mb vs 15 kb)??; ii) alta tasa de mutación (inestabilidad).> Dañ oxidativo por radicales libres generados por la cadena respiratoria y la falta de histonas que protejan el DNA. > Mecanismos de reparación poco eficientes iii) Mecanismos que permiten una rápida fijación de las mutaciones (ver proximo slide). cap. 9 Hum Mol Gen. 14 7

8 Segregación de genotipos mitocondriales en la línea germinal materna cap. 9 Hum Mol Gen. 15 Mutaciones patogénicas Mutaciones: i) en la región codificante; ii) en las regiones no codificantes: intrones, 5 UTRs 3 UTRs; iii) secuencias regulatorias: promotor, enhancers, etc. cap. 9 Hum Mol Gen. 16 8

9 Diferentes factores gobiernan la expresión de las mutaciones patogénicas El grado de alteración de un fenotipo determinado puede ser muy variable. i) El tipo de mutación y la forma en que la expresión del gen mutante es alterada ii) iii) iv) Expresión inapropiada: sobre-expresión, expresión ectópica. Grado de expresión del fenotipo mutante en el heterocigota: 1 solo alelo puede ser suficiente (condiciones recesivas); menor gravedad (comparado con el homocigota mutante) cuando la mutación es del tipo perdidad de función. El grado de la expresión de un fenotipo mutante es influenciado por otros genes (background genético, genes modificadores). Proporción de células afectadas en el organismo: mutación heredada; mutación somática temprana (mayor efecto); mutaciones somáticas tardias o en células en las que el gen no se expresa. Cáncer!!!. v) Origen parental de la mutación: genes con imprinting. cap. 9 Hum Mol Gen. 17 Efecto de la localización y clase de mutación en la función génica cap. 9 Hum Mol Gen. 18 9

10 Mutaciones que alteran el splicing del mrna Mutaciones que alteran importantes señales de splicing Posibles efectos: i) Frameshift ii) Inestable mrna iii) Polipéptido no funcional cap. 9 Hum Mol Gen. 19 Mutaciones que alteran el splicing del mrna Cuando una Mutación silenciosa no lo es Figure When a silent mutation is not silent. This example shows a mutation that was identified in a LGMD2A limb girdle muscular dystrophy patient. The mutation was found in the calpain 3 gene, a known locus for this form of muscular dystrophy, but occurred at the third base position of a codon and appeared to be a silent mutation. It would lead to replacement of one glycine codon (GGC) by another glycine codon (GGT). However, the mutation is believed nevertheless to be pathogenic. The substitution results in activation of a cryptic splice donor sequence within exon 16 resulting in aberrant splicing with the loss of coding sequence from exon 16 and the introduction of a frameshift (see Richard and Beckmann, 1995). cap. 9 Hum Mol Gen

11 Mutaciones que alteran el splicing del mrna Mutaciones que no son (normalmente) importantes en el splicing Activación de un sitio de splicing críptico cap. 9 Hum Mol Gen. 21 Mutaciones que introducen una señal de stop prematura mrna inestable Nonsense-mediated mrna decay (NMD) Importante para eliminar polipéptidos truncados Polipéptido truncado Dificil de predecir su efecto sobre la expresión del gen. Exon skipping Inducido en algunos genes Ej: exon 51 del gen FBN1 Escapa al mecanismo de NMD El polipéptido anormal produce un fenotipo dominante negativo. cap. 9 Hum Mol Gen

12 El potencial patogénico de las secuencias repetitivas cap. 9 Hum Mol Gen. 23 Slipped strand mispairing en repeticiones cortas en tandem cap. 9 Hum Mol Gen

13 Expansión de codones repetidos en tandem pueden causar enfermedad Microsatélites en o en la cercanía de un gen Estables: polyalanina en el gen HOXD13 (polidactilia). Inestables Por debajo de un cierto número son estables Muy inestables por encima de cierto valor Nunca transmitidos sin modificaciones. Expansiones o contracciones. Hay una tendencia a expandirse?? Varía según el sexo. Algunas son inestables en la mitosis. NO en todos los tipos celulares El mecanismo parece no ser común en otros mamíferos.» Transgenes en ratones Marcadores!!!! cap. 9 Hum Mol Gen. 25 Expansión de microsatélites pueden causar enfermedad Ganancia de función Perdida de función cap. 9 Hum Mol Gen

14 Familias de genes organizadas en tandems o clusters: mutaciones por unequal crossover o conversión génica Unequal crossover Pseudogen Unequal sister chromatid exchange cap. 9 Hum Mol Gen. 27 Secuencias repetidas dispersas en el genoma predisponen a largas deleciones o duplicaciones Alu repeats son hotspot de recombinación deleciones o duplicaciones a gran escala Repeticiones directas cortas: En el genoma mitocondrial se supone que se generan por mal apareamiento de las cadenas durante la replicación. Porque? cap. 9 Hum Mol Gen

15 Recombinación intracromátida entre repeticiones invertidas pueden generar inversiones patogénicas 40% de los casos de hemofilia A cap. 9 Hum Mol Gen. 29 Transposición de secuencias de ADN pueden causar enfermedad Es un fenómeno raro Representan un pequeño componente de la patología molecular Hemofilia A: 2 de 140 pacientes Inserción de LINE en un exon del factor VIII Neurofibromatosis tipo I Inserción de una secuencia ALU cap. 9 Hum Mol Gen

16 Reparación del DNA Daños en el DNA Expontánea depurinación producen sitios abásicos Expontánea deaminación de Citosinas y Adeninas generan bases no comunes en el DNA Agentes alquilantes forman aductos con las bases del DNA Especies reactivas del O 2 atacan los anillos de las bases Luz UV Radiaciones ionizantes producen rupturas dobles o simples en las cadenas del DNA Errores en la replicación o recombinación dejan rupturas simples en el DNA Errores en la replicación llevan a la incorporación de bases incorrectas cap. 9 Hum Mol Gen. 31 Reparación del DNA Sistemas de reparación Reparación directa Reparación de bases por excisión (BER) Rupturas en una cadena del DNA Reparación de bases faltantes o modificas Reparación de nucleótidos por excisión (NER) Reparación de rupturas dobles en el DNA Post-replicación Pre-replicación Reparación de bases mal apareadas cap. 9 Hum Mol Gen

17 Agentes genotóxicos y Mecanismos de reparación del DNA cap. 9 Hum Mol Gen. 33 Los sistemas de reparación comparten componentes con los sistemas de replicación y transcripción. Hipersensibilidad a agentes genotóxicos es frecuentemente el resultado de fallas en los sistemas de respuesta al daño en el DNA más que a defectos en los sistemas de reparación. cap. 9 Hum Mol Gen

18 Estudiar Mecanismos de reparación de DNA Pdf en la página WEB de la materia (teóricas). cap. 9 Hum Mol Gen