Tema 13. Mutación y reparación del ADN

Transcripción

1 Tema 13 Mutación y reparación del ADN

2 Mutación, reversión y supresión

3 Mutación Cambio heredable del material genético Aparece de novo (espontánea o inducida) Modifica la secuencia de nucleótidos Es la fuente de nuevos alelos Alelo silvestre (el más común) Alelos mutantes

4 Tipos de mutaciones según su localización en el genoma Nucleares Citoplásmicas Autosómicas Gonosómicas Mitocondriales Cloroplásticas

5 Tipos de mutaciones según el cambio de la secuencia de ADN Puntuales Sustituciones Transiciones Transversiones Inserciones o deleciones de un nucleótido Deleciones o inserciones grandes Cromosómicas

6 Tipos de mutaciones según el cambio de la secuencia de proteína Silenciosas o sinónimas De cambio de sentido Sin sentido De desfase

7 Mutaciones según efecto en la proteína

8 Tipos de mutaciones según el efecto sobre la función de la proteína Pérdida de función Nula Rezumante Condicional Cambio o ganancia de función

9 Mutaciones de pérdida de función

10 Mutaciones de ganancia de función

11 Tipos de mutaciones según el efecto sobre el fenotipo Según el tipo celular afectado Según la interacción alélica So má tic a Germ inal Do mi nan te Recesiva Según la v iab ili dad Viable Letal Condicional

12 Mutaciones somáticas y germinales

13 Tipos de mutaciones según el efecto sobre la eficacia biológica Neutra Deletérea o perjudicial Ventajosa

14 Reversión A partir de una estirpe mutante surge un individuo de fenotipo silvestre A nivel genotípico puede ser: Reversión directa o retromutación Reversión equivalente Supresión

15 Reversión directa o retromutación AAA(Lys) mutación GAA(Glu) reversión AAA(Lys) silvestre mutante silvestre

16 Reversión equivalente CAA(Gln) mutación CAC(His) reversión CAG(Gln) silvestre mutante silvestre CGC(Arg) mutación CCC(Pro) reversión CAC(His) silvestre mutante seudosilvestre

17 Mutaciones supresoras intragénicas (I) Cambio de fase de signo opuesto en un segundo sitio del gen CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT inserción CAT CNA TCA TCA TCA TCA TCA TCA T deleción CAT CNA TAT CAT CAT CAT CAT CAT

18 Mutaciones supresoras intragénicas (II) Cambio de sentido en un segundo sitio Mutación Supresión

19 Mutaciones supresoras intragénicas (III) Cambio de sentido en un segundo sitio Arg + Gln + Asp - Mutación Lys + Asn + Gln + Arg + Glu - Supresión Lys + Asn +

20 Mutaciones supresoras intergénicas ARN transferentes supresores Supresión entre proteínas que interaccionan física o funcionalmente

21 Ejemplo de supresión intergénica

22 Mutación espontánea

23 Frecuencias de mutación espontánea Organismo Carácter Gen Frecuencia Unidades Bacteriófago T2 Inhibición de lisis r r + 1x10-8 Por replicación Escherichia coli Auxotrofía para histidina his + his - 2x10-6 Por división celular Escherichia coli Prototrofía para histidina his - his + 4x10-8 Por división celular Diplococcus pneumoniae Resistencia a penicilina pen s pen r 1x10-7 Por división celular Neurospora crassa Prototrofía para adenina ade - ade + 4x10-8 Por espora asexual Zea mays Incoloro c + c 2x10-6 Por gameto por generación Drosophila melanogaster Ojo blanco w + w 4x10-5 Por gameto por generación Mus musculus Ojo rosa p + p 8,5x10-4 Por gameto por generación Homo sapiens Acondroplasia A + A 5x10-5 Por gameto por generación

24 La mutación es adaptativa o preadaptativa? La prueba de fluctuación de Luria y Delbrück Bacteriófago T1 Escherichia coli

25 Predicciones de la prueba de fluctuación

26 Resultados de la prueba de fluctuación

27 Réplica en placa (Lederberg, 1952)

28 Réplica en placa (Lederberg, 1952)

29 Mecanismos de mutación espontánea Errores durante la replicación Cambios tautoméricos Formas ceto y enol (rara) de la timina y la guanina Formas amino e imino (rara) de la adenina y la citosina Lesiones espontáneas

30 Emparejamientos normales

31 Emparejamientos anómalos por cambios tautoméricos

32 Consecuencias del emparejamiento erróneo

33 Consecuencias del emparejamiento erróneo

34 Mutágenos

35 Muller mide la frecuencia de mutaciones letales espontáneas en el cromosoma X * : mutación letal surgida espontáneamente en la línea germinal del macho parental

36 Muller demuestra que las radiaciones de alta energía, como los rayos X, son mutagénicas Radiación * : mutación letal inducida por la radiación en la línea germinal del macho parental

37 Efecto de las radiaciones en Drosophila Tipo de radiación Luz visible Rayos X (25 Mev) Rayos β, rayos γ, rayos X fuertes Rayos X suaves Neutrones Rayos α Frecuencia de letales recesivos ligados a X por 1000 roentgens 0,0015 0,017 0,029 0,025 0,019 0,0084

38 Radiaciones: espectro electromagnético

39 Daños inducidos por radiación ionizante

40 Luz ultravioleta y dímeros de pirimidina

41 Análogos de bases: 5-bromouracilo y 2-aminopurina

42 Agentes alquilantes: etil metano sulfonato

43 Desaminación: ácido nitroso

44 Formas activas del oxígeno H 2 O 2, O - 2 Productos del metabolismo aerobio y de las radiaciones ionizantes Causan daño oxidativo al ADN y sus precursores Ejemplo: Puede cambiar la guanina en 8-oxo-7-hidroguanina (GO)

45 Producto del daño oxidativo 8-oxo-7-hidrodesoxiguanosina (8-oxo dg) (GO) Frecuentemente se empareja con adenina

46 Resultados del daño oxidativo

47 Hidroxilamina La N-4-hidroxicitosina empareja con adenina

48 Aflatoxina B1 Provoca la pérdida de una base: sitio apurínico

49 Benzopireno Su derivado diol epóxido provoca lesiones en el ADN

50 Agentes intercalantes

51 Agentes intercalantes

52 Inserciones y deleciones

53 Ensayo de Ames

54 Ensayo de Ames

55 Análisis de reversión Mutágeno usado para revertir Mutación Ácido nitroso HA Proflavina Ninguno (reversión espontánea) Transición (GC AT) Transición (AT GC) Transversión Desfase Deleción grande

56 Mecanismos de reparación de daños en el ADN

57 Mecanismos de reparación Eliminación directa del daño Fotorreactivación Alquiltransferasas Dependientes de homología Escisión y relleno Reparación de emparejamientos erróneos Por recombinación Sin hebra molde Sistema SOS

58 Fotorreactivación

59 Alquiltransferasas Elimina grupos alquilo de la posición O-6 de la guanina Invierte el efecto de agentes alquilantes

60 Escisión y relleno: sistema general Reconoce una base anormal Rompe puentes fosfodiéster a una distancia de varios nucleótidos a cada lado de la lesión La enzima de escisión elimina el segmento de ADN de una cadena que incluye la lesión La ADN polimerasa rellena el hueco y la ligasa lo sella En E. coli intervienen UvrA, B y C

61 Escisión y relleno: sistema general

62 Escisión y relleno: sistema específico

63 Reparación de emparejamientos erróneos Etapas Reconocer emparejamiento erróneo Determinar qué base es la incorrecta Eliminar la base incorrecta y sustituirla Proteínas implicadas MutS, MutL, MutH Metilasa Dam Exonucleasa Proteínas de unión a cadena simple (ssb) Polimerasa III y ligasa

64 Emparejamientos erróneos y metilación

65 Reparación de emparejamientos erróneos en E. coli

66 Reparación por recombinación y SOS

67 El sistema SOS

68 Sistemas de reparación en E. coli (1) Modo de acción Ejemplo Tipo de lesión Mecanismo Destoxificación Dismutasa del superóxido Impide la aparición de daños oxidativos Convierte los peróxidos en peróxido de hidrógeno que es neutralizado por la catalasa Eliminación directa del daño Transferasas de grupos alquilo Fotoliasa O-6-alquilguanina Fotoproducto 6-4 Transfiere el grupo alquilo de la O-6- alquilguanina a una cisteína de la transferasa Rompe el enlace 6-4 Fotoliasa Fotodímeros de UV Rompe los dímeros

69 Sistemas de reparación en E. coli (2) Modo de acción Ejemplo Tipo de lesión Mecanismo Escisión general Exonucleasa UvrABC Lesiones que producen distorsiones en la doble hélice Corte a cada lado de la lesión. Hueco reparado por polimerasa I y ligasa Endonucleasas de sitios AP Sitios AP Corte endonucleolítico, exonucleasa, polimerasa I y ligasa Escisión específica Glicosilasas de ADN Sitema GO Bases desaminadas y otros tipos de bases modificadas 8-oxodG Elimina la base, generando un sitio AP Una glicosilasa elimina 8-oxodG del ADN. Otra convierte los emparejamientos erróneos 8-oxodG.A en emparejamientos legítimos 8-oxodG.C

70 Sistemas de reparación en E. coli (3) Modo de acción Reparación postreplicativa Ejemplo Sistema de reparación de emparejamientos erróneos Reparación por recombinación Sistema SOS Tipo de lesión Errores en la replicación que provocan emparejamientos erróneos Lesiones que bloquean la replicación y originan huecos de cadena sencilla Lesiones que bloquean la replicación Mecanismo Reconoce la cadena recién sintetizada al detectar residuos adenina no metilados en las secuencias 5 -GATC-3 ; escinde bases de la cadena nueva cuando detecta un emparejamiento erróneo Intercambio por recombinación Permite que la replicación supere la lesión bloqueante, proceso que va acompañado de la introducción frecuente de mutaciones frente a la lesión

71 Diferencia entre daño en el ADN y mutación Los daños en el ADN (ADN alterado físicoquímicamente) son reparados por la maquinaria celular. Cuando un daño ha sido reparado incorrectamente dando lugar a un cambio en la secuencia del ADN se ha producido una mutación. Las mutaciones (ADN con secuencia diferente al silvestre pero estructuralmente normal) ya no son daños y por tanto no pueden ser reparadas por la maquinaria celular.

72 Deficiencias en reparación y enfermedades humanas Enfermedad Cáncer Hipersensibilidad a Xeroderma pimentosum + piel UV, ciertos carcinógenos Ataxia telangiectasia Síndrome de Bloom + leucemia y linfoma + en todas partes Radiaciones ionizantes Algo sensible a UV, mitomicina C Síndrome de Cockayne - UV Anemia de Fanconi + leucemia Agentes que generan enlaces covalentes entre cadenas de ADN