Frequenza di mutazione: numero di volte in cui una mutazione si verifica in una popolazione

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1 MUTAZIONI SPONTANEE MUTAZIONI INDOTTE Frequenza di mutazione: numero di volte in cui una mutazione si verifica in una popolazione Tasso di mutazione: probabilità che una mutazione si verifichi nel tempo. Nell uomo il tasso di mutazione spontanea per un singolo gene è / gene / generazione

2 Cause delle mutazioni spontanee 1. errori nella replicazione 2. tautomeria: modificazioni spontanee ed occasionali delle basi del DNA 3. errori del crossing over durante la meiosi 4. radiazioni 5. destabilizzazione indotta dagli elementi trasponibili

3 Errori nella replicazione DNA polimerasi III (5 3 ) compie errori con frequenza di 1/10 5 basi. Sistema di correzione di bozze (3 5 ) riduce gli errori 1/10 7 Genoma umano 3,2 x 10 9 basi Ad ogni ciclo replicativo 320 mutazioni ogni secondo si replicano 10 9 cellule

4 La tautomeria è una particolare condizione per la quale una molecola si presenta sotto due diverse forme pur avendo lo stesso numero di atomi. Le basi possono passare dallo stato chetonico normale a quello enolico raro; dalla forma iminica normale a quella aminica rara

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6 Meccanismi spontanei di insorgenza di mutazioni conseguenti a daneggiamenti del DNA Depurinazione: viene persa una guanina o una adenina. Si rompe il legame glicosidico. Se la mutazione non viene riparata, durante la replicazione nell elica di nuova sintesi potrà essere incorporato qualunque nucleotide

7 Meccanismi spontanei di insorgenza di mutazioni conseguenti a daneggiamenti del DNA

8 La presenza di 5-metil-citosina nel genoma identifica i punti caldi di mutazione, cioè i punti in cui il tasso di mutazione è superiore alla norma.

9 5-bromo-uracile (5BU): è una analogo di base. Chimicamente simile alla timina. Nello stato normale si comporta come la timina, mentre nello stato raro come la citosina.

10 Nella molecola di DNA la sua presenza può portare alla sostituzione della coppia TA in CG.

11 Agenti alchilanti: introducono mutazioni in seguito a metilazione. Una guanina metilata si comporta come una adenina. Una timina metilata si comporta come una citosina

12 Agenti intercalanti: molecole capaci di inserirsi tra le basi. Chimicamente simili alle purine

13 In seguito all inserimento di un agente intercalante in una molecola di DNA, al momento della duplicazione può produrre inserzioni o delezioni, sulla base del fatto che questo si inserisca sul filamento stampo o sul filamento di nuova sintesi

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16 Lo spettro elettromagnetico LUCE VISIBILE 380nm blu verde giallo rosso 750nm Raggi cosmici Raggi gamma Raggi X UV Infrarossi Microonde Onde radio 10-5 nm 10-3 nm 1nm 10 3 nm 10 6 nm 10 9 nm 10 3 m lunghezza d onda radiazione ionizzante Livello energetico piu alto piu basso

17 Radiazioni ionizzanti e conseguenze Le radiazioni ionizzanti penetrano nei tessuti in notevole profondità. Nel loro percorso collidono con gli atomi che incontrano e determinano il rilascio di elettroni e la formazione di ioni carichi positivamente. Questi collidono con altre molecole e quindi si liberano ulteriori elettroni e così via. Si forma quindi un cono di ioni lungo il percorso di ogni raggio ad alta energia attraverso i tessuti viventi. Le radiazioni ionizzanti possono provocare rotture cromosomiche e quindi sia riarrangiamenti cromosomici che mutazioni puntiformi. by GP&NA

18 Carico da radiazione naturale nell uomo sorgente di radiazione dose in msv(millisievert )/anno radiazioni naturali 0,82 radiazione cosmica 0,28 radioisotopi nel corpo 0,28 altre radiazioni 0,26 radiazioni dovute alla civilizzazione 0,35 esami radioscopici 0,20 radiofarmaci 0,02-,04 irradiazione da raggi X dovuti a 0,04-,05 televisione, radiazione da edifici 0,04-,05 inquadramento da test armi nucleari 0,04-,05 centrali nucleari 0,01 aereo 0,004-,008 TOTALE ca. 1,17

19 causa o pratica medica radiografia convenzionale tomografia computerizzata PET, tomografia ad emissione di positroni scintigrafia radioterapia dose equivalente 1 msv 3 ~ 4 msv 10 ~ 20 msv 10 ~ 20 msv 10 ~ 40 msv dose equivalente 1 Sv 2 ~ 5 Sv 4 Sv 6 Sv effetti biologici alterazioni temporanee dell'emoglobina nausea, perdita dei capelli, emorragie morte nel 50% dei casi soppravvivenza improbabile

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26 I tetrameri di HbS sono instabili nella forma deossigenata e quando la saturazione scende al di sotto dell 85% polimerizzano formando strutture paracristalline bastoncellari, I tattoidi. Queste strutture sono insolubili, precipitano all interno del globulo rosso e ne causano una distorsione morfologica. I globuli rossi falciformi hanno un tempo di sopravvivenza ridotto e ciò causa l anemia. Inoltre, a causa della rigidità della loro struttura non sono in grado di attraversare appropriatamente I vasi sanguigni

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33 De Leo - Fasano - Ginelli Fibrosi Biologia e cistica Genetica, II Ed. Capitolo 11 11_14.jpg emofilia poliposi adenomatosa familiare Xeroderma Pigmentoso Anemia Falciforme

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36 Esiste una correlazione tra numero di ripetizioni, gravità della malattia ed età d insorgenza. Anticipazione: nel passaggio da una generazione all altra si abbassa l età d insorgenza e/o si aumenta la gravità della malattia. I genitori con la malattia in forma lieve hanno figli che iniziano precocemente a mostrare I segni clinici della malattia, con sintomi più gravi.

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38 X fragile (309550) Frequenza: 1/4000 maschi. Ereditarietà: Legata al cromosoma X. Malattia causata da mutazione dinamica. Genetica: Nel 1991 è stato identificato il gene responsabile. La mutazione è caratterizzata dall amplificazione di un tratto di DNA costituito da una specifica sequenza ripetuta (CGG). Nei soggetti normali è presente un numero di ripetizioni variabili da 6 a 55. Esistono due differenti tipi di mutazione: la premutazione (56-200) e la mutazione completa (>200). La probabilità di espansione aumenta con le dimensioni della premutazione e quindi con il passare delle generazioni (Paradosso di Sherman). Diagnosi: La diagnosi molecolare (Southern blot) permette di individuare anche gli individui con la premutazione.

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40 Malattia di Huntington (143100) Frequenza: 5-10/ nati vivi Ereditarietà: autosomica dominante. Malattia causata da mutazione dinamica Genetica: Il gene responsabile della malattia ed il suo prodotto proteico sono stati identificati. Il gene definito Intersting Transcript (IT-15), è localizzato sul braccio corto del cromosoma 4 (4p16.3). La malattia è associata all amplificazione patologica di una specifica sequenza ripetuta (CAG) nell allele mutato. Nella popolazione normale la tripletta è ripetuta volte. Nei pazienti affetti il numero di ripetizioni varia da 36 a più di 100. Un numero intermedio di espansioni volte, è considerato una premutazione. Diagnosi: Il test genetico si basa sulla determinazione del numero di espansione della tripletta.

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55 Patologie legate a delezioni: De Leo - Fasano - Ginelli Biologia e Genetica, II Ed. Capitolo 11 Sindrome del cri du chat (delezione del braccio corto del cromosoma 5) Sindrome di Prader Willi (delezione del braccio del cromosoma 15 Delezione 13q14

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57 ISOCROMOSOMA Errato sdoppiamento dicromatidico del cromosoma durante la mitosi o la meiosi. Nella specie umana l unico esempio di isocromosoma compatibile con la vita è quello che coinvolge I bracci lunghi del cromosoma X.

58 CROMOSOMA AD ANELLO Se le rotture avvengono su entrambi I bracci di un cromosoma e sono seguiti dalla perdita dei segmenti estremi e dal ricongiungimento delle due estremità spezzate, si formerà un cromosoma ad anello. La presenza di cromosomi ad anello porta a degli errori durante distribuzione e divisione dei cromosomi.

59 Nel cromosoma si formano due fratture: ed il frammento tagliato viene reinserito dopo aver effettuato una rotazione di 180 gradi. L inversione può comprendere o meno il centromero. Poichè non comporta la perdita o l acquisizione di materiale genetico, in molti casi non mostra alcuna alterazione fenotipica. Tuttavia, durante la divisione meiotica (appaiamento dei cromosomi omologhi) causa alterazioni importanti. L'inversione pericentrica della regione eterocromatica del cromosoma 9 è la più comune anomalia di struttura del cariotipo umano: oltre 1% delle persone sono eterozigoti per questo riarrangiamento che non ha nessun effetto fenotipico

60 Se avviene un crossing-over entro un anello di inversione si avrà: ¼ dei gameti normali, metà portatori di mutazione/delezione, ¼ sarà normale ma con inversione.

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63 3 possibilità di assortimento: 1. N1 e N2 migrano ad un polo e T1 e T2 all altro (vitali). 2. N1 e T2 migrano ad un polo e N2 e T1 all altro. Gameti con duplicazioni e delezioni (non vitali) 3. N1 e T1 migrano ad un polo e N2 e T2 all altro polo. Gameti con duplicazioni e delezioni (non vitali).

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66 La traslocazione sposta il protooncogene c-myc dal crom8 al crom14, a valle del promotore delle immunoglobuline. La conseguenza è un iperespressione di c-myc che causa la trasformazione tumorale.

67 Translocazione robertsoniana Trasferimento di una estremità di un cromosoma sul centromero di un cromosoma acrocentrico

68 La sindrome di Down familiare è causata da una translocazione robertsoniana che interessa I cromosomi 14 (o 15) e 21. In questo caso gli individui affetti, pur avendo 46 cromosomi, avranno una parziale trisomia del 21. Il portatore della translocazione è un falso monosomico, non ha alcuna sintomatologia Down ed è fenotipicamente normale

69 EUPLOIDIA: stato in cui la cellula presenta un normale corredo cromosomico. Poliploidia causata da: Endomitosi (la separazione dei cromatidi avviene dentro al nucleo che non si dissolve) Endoreduplicazione (non si forma il fuso mitotico ed I cromosomi duplicati non si separano)

70 Poliploidia causata da: Endomitosi (la separazione dei cromatidi avviene dentro al nucleo che non si dissolve) Endoreduplicazione (non si forma il fuso mitotico ed I cromosomi duplicati non si separano)

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72 ANEUPLOIDIA: Il numero cromosomico varia rispetto alla condizione normale, riguardando coppie o singoli cromosomi.

73 Una cellula aneuploide si origina in genere durante la I o la II divisione meiotica (ma anche durante la mitosi) per un errore di ripartizione dei cromosomi omologhi o dei cromatidi fratelli (fenomeni di non disgiunzione).

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77 The primary oocytes are formed prenatally and they remain suspended in prophase of meiosis I for decades until the onset of puberty. An oocyte completes meiosis I as its follicle matures, resulting in a secondary oocyte and the first polar body. After ovulation, each oocyte continues to metaphase of meiosis II. Meiosis II is completed only if fertilization occurs, resulting in a fertilized mature ovum and the second polar body.

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81 SINDROME DI EDWARDS 1/6500

82 SINDROME DI PATAU 1/10000

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85 3/10000

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87 MOSAICISMO: causato De Leo - da Fasano errori - Ginelli di non Biologia disgiunzione e Genetica, II che Ed. si Capitolo verificano 11 durante le MOSAICISMO prime divisioni mitotiche post-zigotiche. L organismo presenterà così linee cellulari diverse per assetto cromosomico. I soggetti con mosaicismi presentano quadri clinici più lievi rispetto a quelli osservabili in individui con la singola situazione di aneuploidia. Il mosaicismo può interessare sia I cromosomi autosomici, che quelli sessuali. Nei casi di mosaicismo si potrebbe osservare persino polipolidia in alcune linee cellulari. La poliploidia in tutte le cellule dell organismo è invece non compatibile con la vita.