Farmacologia e Tossicologia, 2015 TSSICLGIA-6 GETSSICITA Jean-Fran François DESAPHY
Genotossicità La genotossicità considera gli eventi che danneggiano il DA Il danno genotossico può essere essenzialmente di 4 tipi: distruzione del DA mutazioni geniche indotte da mutageni mutazioni cromosomiche indotte da clastogeni alterazioni epigenetiche (metilazione del DA, ecc ) Gli agenti genotossici possono essere: diretti indiretti Il danno genotossico può condurre: alla morte cellulare (apoptosi o necrosi) al cancro (neoplasia) a difetti congeniti a malattie ereditarie
DA guanina citosina adenina PURIE timina PIRIMIDIE Watson & Crick, 1953 ssatura di zuccheri: Catena di desossiribosio con legami fosfodiestere
membrana nucleare membrana plasmatica La sintesi proteica UCLE Codice genetico trascrizione ribosomi traduzione CITSL proteine
Mutazioni geniche: meccanismi Sostituzione di una coppia di basi Modificazioni spontanee Incorporazione di analoghi delle basi Modificazione chimica Delezione o inserzione di una o più basi Modificazioni spontanee Agenti intercalanti Radiazioni UV
Mutazioni nella parte codificante del gene Mutazioni puntiformi non-sinonimo, missenso nonsenso sinonimo readthrough Mutazioni nella parte regolatrice del gene Sequenza regolatrice promotore Delezione della sequenza regolatrice Trascrizione non controllata Delezione del promotore iente Trascrizione 2011 J.F. DESAPHY
Mutazioni missenso mra 5 -GAG-3 Proteina acido glutammico C H2 H 2 C C H CH mutazione traduzione 5 -AAG-3 lisina funzione alterata o persa H 2 C H2 H 2 C C H2 H 2 C C H CH Transizione: sostituzione purina/purina (A/G) o pirimidina/pirimidina (C/T) Transversione: purina/pirimidina e vv R1448C: sostituzione di una arginina con una cisteina in posizione 1448
Mutazioni puntiformi spontanee replicazione Selezione del nucleotide DA polimerasi replicazione errore di replicazione replicazione mutazione Lettura di verifica L ultimo nucleotide è appaiato correttamente Vince la polimerasi Rischio di errore su base chimica: 5-10% Accuratezza della replicazione L ultimo nucleotide è sbagliato Vince l esonucleasi selezione accurata del nucleotide da parte della DA polimerasi capacità di riparazione immediata della DA polimerasi (attività esonucleasi 3-5 )
Mutazioni puntiformi indotte replicazione replicazione mutazione nucleotide alterato mutazione replicazione mutazione
Mutazioni puntiformi: incorporazione di analoghi Purine o pirimidine con una struttura analoga alle basi classiche esempi 5-bromouracile: tautomerismo cheto-enolico (A>G) Aminopurine: tautomerismo ammino-immino (T>C) 5-bromouracile 5-bromouracile chetonico adenina 5-bromouracile enolico guanina tautomerismo inverso transizione tautomerismo cheto-enolico A-T G-C inserzione del 5-bromouracile mutazione
Mutazioni puntiformi: deaminazione Le basi C, G, A sono deaminate dall azione di alcuni composti chimici Guanina Xantina blocca la replicazione Adenina Ipoxantina T>C Citosina Uracile G>A timina H 2 citosina deossiribosio deossiribosio deossiribosio adenina H 2 deossiribosio ipoxantina transizione Esempi di sostanze in grado di de-aminare : Acido nitroso sulle basi A, C, G Sodio bisulfite sulla base C A-T G-C
Mutazioni puntiformi: alchilazione desossiribosio H H H citosina agente alchilante desossiribosio CH 3 H H H timina guanina 6 -metilguanina Dopo replicazione, sarà avvenuta la transizione: G-C A-T Base posizione effetto guanina 7 delezione 6 transizione timina 4 transizione Adenina 3 blocco della sintesi
Mutazioni puntiformi: coniugazione Coniugazioni con metaboliti degli idrocarburi policiclici aromatici benzopirene 7,8-epossido BP 7,8-diidrodiol BP 7,8 diidrodiol-9,10-epossido BP P450 epossidrolasi P450 H H H adenina deossiribosio H H H citosina Legame covalente in posizione 2 deossiribosio H H IPA transversione guanina guanina coniugata G-C T-A
Ioni carbonio R C + R H Esempi di reattivi elettrofili Ioni nitrenio R + H Radicali liberi R C R R nitrosocomposti idrazine simmetriche amine aromatiche acetamidi nitrocomposti IPA aflatossine alcheni aloalcani Mostarde azotate Ioni aziridinio Ioni diazonio R + Epossi R R R R + H 2 C C H2
Frame-shift mutations L addizione o la rimozione di basi ha degli effetti più drastici che la mutazione puntiforme, poiché la lettura del codice genetico viene alterato in tutte le triplette che seguono la mutazione. delezione di una citosina
Frame-shift mutations: agenti intercalanti Molecole piane che possono intercalarsi tra le coppie di basi nella doppia elica Bromuro di etidio Agente intercalante proflavina acridine distorsione dell elica Esempi Acridine: anti-batterico Proflavina: composto sperimentale Bromuro di etidio: composto sperimentale Inserzioni e/o delezioni
Frame-shift mutations: radiazioni UV UVB, 280-320 nm dimero ciclobutile DA alterato processi di riparazione blocco della replicazione DA riparato delezione fotoprodotto 6-4 frequenza: di dimerizzazione: T-T > CT > TC > CC
Cromosomi metafase 2 metri cariotipo umano Maschile: 44 autosomi + XY Femminile: 44 autosomi + XX Eterocromatina: zona non-trascritta Eucromatina: geni
Mitosi Divisione delle cellule somatiche paterne materne fase S cromatidi fase G1 (2n) duplicazione del DA fase G2 (4n) Divisioni cellulari fase G2 (4n) profase 1 (4n) metafase Meiosi Divisione delle cellule germinali Crossing-over Scambi di materiale genetico apparato mitotico metafase anafase anafase telofase citodieresi (2n) (2n) gameti (n)
mutazioni cromosomiche Le anomalie numeriche (mutazioni genomiche) sono dovute a anomalie strutturali o mancata disgiunzione durante l anafase. Le anomalie strutturali (aberrazioni cromosomiche) sono dovute a rotture, delezioni, scambi, e riarrangiamenti del materiale cromosomico. Intero cariotipo singolo cromosoma traslocazioni reciproche inserzioni
principali aberrazioni cromosomiche
ABERRAZII STRUTTURALI Agenti clastogeni Radiazioni ionizzanti durante la fase G1 (aberrazioni di tipo cromosomico) durante le fase S e G2 (aberrazioni di tipo cromatidico) Clastogeni chimici aberrazioni cromatidiche, qualsiasi la fase ABERRAZII UMERICHE Aberrazioni strutturali Inibitori del fuso colchicina (blocca la polimerizzazione della tubulina) vincristina, taxolo Agenti in grado di alterare i seguenti eventi: Divisione del centromero nella meiosi I Accoppiamento di cromosomi analoghi nella profase I Disgiunzione dei cromosomi nella anafase I e II
In base alla tipologia: cromosomiche geniche Classificazione delle mutazioni In base all origine: spontanee (errori di replicazione e crossing-over) indotte da mutageni o clastogeni In base alla sede: germinali (si verificano nei gameti e possono essere trasmesse alla prole) somatiche (non vengono trasmesse) In base all effetto funzionale: letali (100 % di morti prima di raggiungere l età riproduttivo) subletali (50% degli individui raggiunge l età riproduttivo) condizionali (il fenotipo mutante è espresso solo in determinate condizioni) neutre (senza nessun effetto) silenti (polimorfismi) vantaggiose (favoriscono l adattamento ambientale) svantaggiose (riducono l adattamento ambientali o inducono patologie)
Conseguenze del danno genetico se avviene nelle cellule germinali, alterazioni del pool genico: aborti spontanei difetti congeniti malattie cromosomiche (sindrome di Down: trisomia 21) malattie mendeliane (mutazioni in un singolo gene) autosomiche (beta talassemia) legate all X (distrofia di Duchenne) malattie non-mendeliane (espansione di sequenze nucleotidiche) (distrofia miotonica) malattie mitocondriali (encefalomiopatia mitocondriale) malattie multifattoriali (diabete tipo 2, ipertensione, ecc...) se avviene nelle cellule somatiche: morte cellulare mosaicismo oncogenesi (attivazione di proto-oncogeni e/o inibizione di oncosoppressori)
CGEESI Cellula normale IIZIAZIE Cellula iniziativa PRMZIE espansione clonale selettiva Lesione preneoplastica Tumore maligno attivazione proto-oncogeni inattivazione oncosoppressori PRGRESSIE IQUIATI CHIMICI AGETI IFETTIVI IRRADIAZII MUTAZII EREDITATE metastasi Tumore clinicamente rilevabile
Fattori che influiscono sul danno genetico Concentrazione dell agente tossico nell ambiente Ingresso e distribuzione nell organismo Capacità metabolizzante dei tessuti a contatto attivazione metabolica detossificazione Reattività dell agente tossico o suoi metaboliti col DA Capacità della cellula di riparare il danno pportunità di espressione del danno Capacità di riparazione del danno (sistemi di riparazione del DA) Abilità del tessuto di riconoscere e distruggere le cellule mutanti
FIE