Mutaciones

Mutaciones génicas, daño y Reparación del DNA

Mutación: Cambio hereditario estable del material genético,

no causado por segregación o recombinación. Es transmitida a los descendientes y se produce espontáneamente o por inducción. En general sus efectos son dañinos para la célula. (de Vries, 1901).

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La vida y la biodiversidad dependen del Equilibrio entre mutación y reparación

En 1961, en asociación con severas anormalidades en recién nacidos cuyas madres habían tomado Talidomía durante los tres primeros meses de su embarazo. Con un saldo final de 10.000 niños dañados por esta droga.

La Talidomía fue una droga con un poderoso efecto teratogénico que fue masivamente usada en Europa entre los años 1958 y 1962, como tranquilizante.

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Ribosa Pentosa (RNA) Desoxirribosa (DNA)

Ácidos Nucleicos

Ácido Fosfórico

Puricas (A, G,) Bases Nitrogenadas Pirimidicas (C, T / U)

Bases Nitrogenadas

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“El daño en el DNA puede ser definido como modificaciones en la estructura o en la secuencia de nucleótidos que lo constituyen”.  Bases mal complementadas : a) Desaminación de bases (errores producidos durante b) Cambios tautoméricos la replicación, reparación y  Alteraciones estructurales de bases. recombinación del DNA)  Genes saltarines.

Daño Endógeno

Agentes Lesionantes del DNA

Daño Exógeno

(lesiones en el DNA producto del efecto de diversos agentes físicos y químicos)

 Alteraciones estructurales de bases o nucleósidos.  Remoción de bases.  Incorporación de bases incorrectas.  Deleción o adición de bases.  Formación de dímeros de pirimidina.  Fracturas de cadena.  Puentes inter o intracatenarios.  Unión de proteínas no histónicas al DNA.

Productos generados por DESAMINACIÓN de bases citocina, adenina y guanina

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Efecto de la TAUTOMERIZACIÓN de adenina y timina y la producción de mala complementación de bases durante la replicación del DNA

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Vías de producción de ESPECIES REACTIVAS DEL OXÍGENO

Efectos del ataque del radical hidroxilo (•OH) a una base pirimídica (timina) y una púrica (adenina), para generar : A) timilglicol; B) metil tartronilurea; C) urea; D) 5-hidroximetil uracilo; E) 4-6 diamino 5-formamida pirimidina.

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“De acuerdo a estudios realizados en células de mamíferos, la tasa de daño en las bases es de aproximadamente 16.800 eventos diarios por célula, siendo las púricas las más afectadas”.

Tipos de Mutaciones Puntual  Trancisión: (A⇔G o C⇔T)  Transversión: (A o G ⇔ T o C)

Mutaciones génicas

Inserción Deleción Inverción

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Mutación génica

Tipos de Mutaciones

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Mutaciones Silentes

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Mutaciones Nonsense

Mutación Reversa

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Mutación por supresión

Mecanismos de Reparación del DNA  Reparación post-replicativa:

a) Reparación de bases mal complementadas. b) Mecanismos de reparación por recombinación.

 Reparación con escisión del daño: a) Mecanismos de reparación por escisión de bases dañadas. b) Mecanismos de reparación por escisión de nucleótidos.

 Reparación por reversión del daño:

a) Fotorreactivación b) Eliminación del grupo alquilo de O6 alquil guanina. c) Reposición de purinas en sitios apúricos. d) Restablecimiento de enlaces fosfodiester

 Reparación de fracturas bicatenarias: a) Reparación por recombinación entre DNAs homólogos. b) Reparación con participación de DNA-PK.

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En E. Coli, un dímero de la proteína del sistema de reparación (MutS) detecta los apareamientos incorrectos.

 MutS busca en todo el DNA y reconoce los apareamientos incorrectos por distorción.  MutS abraza el DNA y autogenera un cambio de conformación.  El complejo MutS + DNA con mal apareamiento recluta un segundo componente proteico del sistema de raparación (MutL).  MutL a su vez activa a MutH, una enzima que produce un corte en la cadena mal apareada.  Una vez realizado el corte una Helicasa (UvrD) desenrolla el DNA y avanza en dirección al sitio de apareamiento incorrecto.  Finalmente una DNA polimerasa III rellena y la DNA ligasa sella.

Pero… ¿cómo sabe el sistema de reparación cual de los nucleótidos desapareados hay que reemplazar?

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Enfermedades Monogénicas:      

Enfermedades Enfermedades Enfermedades Enfermedades Enfermedades Enfermedades

autosómicas dominante. autosómicas recesiva. ligadas al X monogénicas con más de una forma de herencia. mitocondriales causadas por expansión de tripletes.

Enfermedades Cromosónicas: 1) Cambios en la estructura de los cromosomas:  Deleciones.  Duplicaciones.  Inversiones.  Traslocaciones. 2) Cambios en el número de los cromosomas:  Aneuploidías : Monosomías y Trisomías.  Poliploidías.

Enfermedades autosómicas dominante:       

Retinoblastoma Acondroplasia Porfiria aguda intermitente Síndrome de Cilles de la Tourette Hipercolesterolemia familiar Síndrome de Marfan Enfermedad de Willebrand

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Rasgos autosómicos dominantes

Retinoblastoma:  Es el más frecuente tumor en el ojo de niños (1 de 15.000 a 18.000), presentándose en uno o ambos ojos.  El tumor resulta de la pérdida de la función de ambos alelos del gen RB1, locus 13q14.2, con una deleción intersticial visible citogenéticamente.  60% de los retinoblastomas estudiados son originados por mutaciones somáticas (forma no hereditaria). El 40% restante es de origen germinal, transmitiéndose como rasgo autosómico dominante.  Entre las formas hereditarias, el 10-15% son provocados por la herencia de uno de los padres. Un 25-30% sin embargo son producidos por mutaciones de novo.  Es posible detectar precozmente la mutación molecular o citogenéticamente.

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Retinoblastoma:

Acondroplasia:  Causado por mutación del gen para el receptor EGF en el cromosoma 3.  Produce un menor crecimiento del hueso cartilaginoso.  1 de cada 10.000 nacidos.  Un 80% de los casos se origina por una mutación de novo que no se hereda.  Cabeza grande, frente olímpica, extremidades cortas, tamaño normal del tronco y lordosis lumbar.  Expectativas de vida y CI normales.

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Enfermedades autosómicas recesivas:         

Enfermedad de Gaucher Hemocromatosis Fenilcetonuria Anemia Falciforme Enfermedad de Tay-Sachs Hiperplasia suprarrenal congénita Fibrosis quística Talasemia α Talasemia β

Fenilcetonuria:  Causado por una mutación en el gen para fenilalanina hidroxilasa codificada en el cromosoma 12.  Se observa un CI bajo, orina con olor a ratón.  Mujeres afectadas no tratadas, tienen descendencia con malformaciones.  Como tratamiento se suministra una dieta baja en fenilalanina, con suplementos de tirosina durante toda la vida.  Como diagnóstico puede evaluarse los niveles de fenilalanina en orina o sangre.  Hoy es un análisis obligatorio en todos los recién nacidos por la prueba de Guthrie, de punción del talón.

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Enfermedades ligadas al cromosoma X:        

Déficit de Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa Hemofilia Tipo A Hemofilia Tipo B Síndrome de Lesch-Nyhan Adrenoleucodistrofia. Distrofia muscular de Duchenne Distrofia muscular de Becker Enfermedad de Fabry

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Rasgos ligados al sexo

Rasgos autosómicos recesivos:

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Endogamia y enfermedades genéticas

Hemofilia Tipo A:  Es el clásico ejemplo de hemofilia en las familias reales de Europa.  Resulta del deficiente funcionamiento del Factor de Coagulación VIII. A diferencia de la Hemofilia Tipo B que resulta de deficiencias en el Factor IX.  El factor VIII es una proteína de 5 subunidades (A1, A2, A3, C1 y C2) unidas por Ca+2.  En humanos los genes para el Factor VIII han sido ubicados en la banda 8 de la región 2 del brazo largo del crom. X (Xq2.8).  Con 26 exones (186 Kb). Muchos puntos de mutación ocurren en la secuencia de DNA involucrando TCGA (TCGA → TTGA), creando codones de término (TGA).

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Hemofilia Tipo A:

Distrofia muscular de Duchenne:  Causado por una mutación en Xp21, que codifica para una proteína del citoesqueleto: DISTROFINA.  1 de cada 3.500 varones nacidos vivos.  30% de los afectados tiene un CI bajo, ceguera nocturna, aumento de la fosfofructoquinasa.  Recién nacido normal, pero a los 3 o 4 años presenta dificultad para levantarse desde la posición sentada.  Pseudohipertrofia de los músculos de la pantorrilla, deltoides, cintura escapular y cuadriceps.  A los 6 años de edad la desambulación es difícil.  A los 12 años la mayoría esta confinado a una silla de ruedas y tienen esclerosis.  Mueren a los 17 a 20 años por insuficiencia respiratoria.  Puede ser diagnosticado por creatina cinasa elevada, análisis de DNA.

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Enfermedades monogénicas con más de una forma de herencia:       

Síndrome de Alport Síndrome de Chaecot-Marie-Tooth Síndrome de Ehlers-Danlos Mucopolisacaridosis Poliquistosis renal Retinitis pigmentosa Inmunodeficiencia combinada severa

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Síndrome de Alport:  Glucomerulogenesis ligada al cromosoma X o autosómica recesiva.  Cada uno de los genes afectados codifican diferentes cadenas de α de colágeno tipo IV  Asociada con sordera neurosensorial y lesiones oculares.  1 de cada 5.000  Antes de los 5 años de edad: hematuria microscópica.  Hacia los 10 años: sordera a sonidos de alta frecuencia e hipertensión arterial.  Antes de los 20 años: aumento de la creatinina.  Hacia los 25 años: insuficiencia renal terminal.  El diagnóstico principal es la falla renal.

Enfermedades mitocondriales:        

Neuropatía óptica hereditaria de Leber. Enfermedad de Leigh, NARP. Encefalopatía mitocondrial, MELAS. Epilepsia miotónica, MERRF. Sordera neurosensorial progresiva. Oftalmoplejía externa progresiva crónica. Síndrome de Pearson. Síndrome de Kearns-Sayre.

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Enfermedades por expansión de tripletes:     

Síndrome X frágil Enfermedad de Huntington Distrofia miotónica Enfermedad de Kennedy Ataxia de Friedreich

7 units GTACCATTGGTGTGTGTGTGTGTCCATTGAGATT 4 units GTACCATTGGTGTGTGTCCATTGAGATT 6 units GTACCATTGGTGTGTGTGTGTCCATTGAGATT

243/243 237/257 229/241 241/257

Síndrome X frágil:  Causado por expansión inestable de CGG en la región 5´ no traducida del gen FMR1 de Xq27.3.  Se observa un desflecado visible de la cromatina en cromosomas metafásicos con ciertas condiciones de cultivo.  Se produciría por hipermetilación del gen FMR1 (regulador del sistema nervioso).  1 de cada 2.250 varones. Pero un tercio de la portadoras femeninas presentan dificultades de aprendizaje.  Macrocefalia  Características feciales alargadas, mandíbula prominente, frente despejada, orejas grandes y evertidas.  Su diagnóstico puede realizarse por PCR o Southern.  Tienen una esperanza de vida normal, pero con calidad de vida restringida.

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Síndromes de Inestabilidad Genómica:  Visibles con microscopio de luz como quiebres y rearreglos en diferentes cromosomas, en una variable proporción de células metafásicas.  Este desorden genético predispone a los pacientes a diferentes tipos de cáncer.  Tres importantes ejemplos de estos síndromes son el Síndrome de Bloom (BS), Anemia de Fanconi (FA) y la Ataxia Telangiectasica.

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