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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 nacidoscuyas madres habían tomado Talidomía durante los tres primerosmeses de su embarazo. Con un saldo final de 10.000 niños dañadospor 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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ÁcidosNucleicos

Pentosa

Ácido Fosfórico

BasesNitrogenadas

Desoxirribosa(DNA)

Ribosa(RNA)

Pirimidicas(C, T / U)

Puricas(A, G,)

Bases Nitrogenadas

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“El daño en el DNA puede ser definido como modificaciones en laestructura o en la secuencia de nucleótidos que lo constituyen”.

Agentes Lesionantes del DNA

Daño Endógeno(errores producidos durante la replicación, reparación y recombinación del DNA)

Daño Exógeno(lesiones en el DNAproducto del efecto dediversos agentes físicosy químicos)

Bases mal complementadas :a) Desaminación de basesb) Cambios tautoméricos

Alteraciones estructurales de bases. Genes saltarines.

Alteraciones estructurales de bases onucleósidos.

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 16.800eventos diarios por célula, siendo las púricas las másafectadas”.

Mutaciones génicas

Puntual

Inserción

Trancisión:(A⇔G o C⇔T)

Transversión:(A o G ⇔ T o C)

Deleción

Inverción

Tipos de Mutaciones

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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) Fotorreactivaciónb) 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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MutS busca en todo el DNA y reconoce losapareamientos incorrectos por distorción.

MutS abraza el DNA y autogenera un cambio deconformación.

El complejo MutS + DNA con mal apareamientorecluta un segundo componente proteico del sistemade raparación (MutL).

MutL a su vez activa a MutH, una enzima que produceun corte en la cadena mal apareada.

Una vez realizado el corte una Helicasa (UvrD)desenrolla el DNA y avanza en dirección al sitio deapareamiento incorrecto.

Finalmente una DNA polimerasa III rellena y la DNAligasa sella.

En E. Coli, un dímero de la proteína del sistemade reparación (MutS) detecta los apareamientosincorrectos.

Pero… ¿cómo sabe el sistema de reparacióncual de los nucleótidos desapareados hayque reemplazar?

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

Enfermedades Cromosónicas:

Deleciones. Duplicaciones. Inversiones. Traslocaciones.

1) Cambios en la estructura de los cromosomas:

2) Cambios en el número de los cromosomas:

Aneuploidías : Monosomías y Trisomías. Poliploidías.

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

Enfermedades autosómicas dominante:

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Rasgos autosómicos dominantes

Es el más frecuente tumor en el ojo deniños (1 de 15.000 a 18.000),presentándose en uno o ambos ojos.

El tumor resulta de la pérdida de lafunción de ambos alelos del gen RB1,locus 13q14.2, con una deleción intersticialvisible citogenéticamente.

60% de los retinoblastomas estudiadosson originados por mutaciones somáticas(forma no hereditaria). El 40% restante esde origen germinal, transmitiéndose comorasgo autosómico dominante.

Entre las formas hereditarias, el 10-15%son provocados por la herencia de uno delos padres. Un 25-30% sin embargo sonproducidos por mutaciones de novo.

Es posible detectar precozmente lamutación molecular o citogenéticamente.

Retinoblastoma:

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Retinoblastoma:

Causado por mutación del gen para elreceptor EGF en el cromosoma 3.

Produce un menor crecimiento del huesocartilaginoso.

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 deltronco y lordosis lumbar.

Expectativas de vida y CI normales.

Acondroplasia:

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

Enfermedades autosómicas recesivas:

Causado por una mutación en el gen parafenilalanina hidroxilasa codificada en elcromosoma 12.

Se observa un CI bajo, orina con olor aratón.

Mujeres afectadas no tratadas, tienendescendencia con malformaciones.

Como tratamiento se suministra una dietabaja en fenilalanina, con suplementos detirosina durante toda la vida.

Como diagnóstico puede evaluarse losniveles de fenilalanina en orina o sangre.

Hoy es un análisis obligatorio en todos losrecién nacidos por la prueba de Guthrie,de punción del talón.

Fenilcetonuria:

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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 enlas familias reales de Europa.

Resulta del deficiente funcionamientodel Factor de Coagulación VIII. Adiferencia de la Hemofilia Tipo B queresulta de deficiencias en el Factor IX.

El factor VIII es una proteína de 5subunidades (A1, A2, A3, C1 y C2)unidas por Ca+2.

En humanos los genes para el FactorVIII han sido ubicados en la banda 8de la región 2 del brazo largo delcrom. X (Xq2.8).

Con 26 exones (186 Kb). Muchospuntos de mutación ocurren en lasecuencia de DNA involucrando TCGA(TCGA → TTGA), creando codones detérmino (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 laposición sentada.

Pseudohipertrofia de los músculos de lapantorrilla, deltoides, cintura escapular ycuadriceps.

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 oautosómica recesiva.

Cada uno de los genes afectados codificandiferentes cadenas de α de colágeno tipo IV

Asociada con sordera neurosensorial y lesionesoculares.

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

Enfermedades por expansión de tripletes:

GTACCATTGGTGTGTGTGTGTGTCCATTGAGATT

GTACCATTGGTGTGTGTCCATTGAGATT

GTACCATTGGTGTGTGTGTGTCCATTGAGATT

7 units

4 units

6 units

243/243

237/257

229/241

241/257

Causado por expansión inestable de CGG en laregión 5´ no traducida del gen FMR1 de Xq27.3.

Se observa un desflecado visible de la cromatinaen cromosomas metafásicos con ciertascondiciones de cultivo.

Se produciría por hipermetilación del gen FMR1(regulador del sistema nervioso).

1 de cada 2.250 varones. Pero un tercio de laportadoras femeninas presentan dificultades deaprendizaje.

Macrocefalia Características feciales alargadas, mandíbula

prominente, frente despejada, orejas grandes yevertidas.

Su diagnóstico puede realizarse por PCR oSouthern.

Tienen una esperanza de vida normal, pero concalidad de vida restringida.

Síndrome X frágil:

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Visibles con microscopio de luz como quiebres yrearreglos en diferentes cromosomas, en unavariable proporción de células metafásicas.

Este desorden genético predispone a los pacientesa diferentes tipos de cáncer.

Tres importantes ejemplos de estos síndromes sonel Síndrome de Bloom (BS), Anemia de Fanconi(FA) y la Ataxia Telangiectasica.

Síndromes de Inestabilidad Genómica:

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