MUTAZIONI GENICHE: IN COSA CONSISTONO, TIPI E CONSEGUENZE - BIOLOGIA - 2025

Le mutazioni geniche o specifiche sono quelle in cui un allele di un gene cambia, diventando diverso. Questo cambiamento si verifica all'interno di un gene, in un locus o punto e può essere localizzato.

Al contrario, nelle mutazioni cromosomiche, sono solitamente colpiti insiemi di cromosomi, un intero cromosoma o segmenti di esso. Non implicano necessariamente mutazioni geniche, sebbene potrebbero verificarsi in caso di rotture cromosomiche che interessano un gene.

Figura 1. Mutazione in un gene che controlla la forma della coda del topo. Fonte: (Fotografia per gentile concessione di Emma Whitelaw, Università di Sydney, Australia.), Via Wikimedia Commons

Con lo sviluppo di strumenti molecolari applicati al sequenziamento del DNA, il termine mutazione puntiforme è stato ridefinito. Oggi questo termine è spesso usato per riferirsi ad alterazioni in una coppia o in poche coppie di basi azotate adiacenti nel DNA.

Cosa sono le mutazioni?

La mutazione è il meccanismo per eccellenza che introduce la variazione genetica nelle popolazioni. Consiste nell'improvviso cambiamento del genotipo (DNA) di un organismo, non dovuto alla ricombinazione o al riarrangiamento genetico, ma all'eredità o all'effetto di fattori ambientali negativi (come tossine e virus).

Una mutazione può trascendere la prole se si verifica nelle cellule germinali (uova e sperma). Può provocare piccole variazioni nell'individuo, enormi variazioni - anche provocando malattie - oppure possono tacere, senza alcun effetto.

Le variazioni nel materiale genetico possono quindi generare diversità fenotipica in natura, sia essa tra individui di specie diverse o anche della stessa specie.

Tipi di mutazioni genetiche o puntiformi

Esistono due tipi di modifiche mutazionali del gene:

Cambiamenti di base dell'azoto

Consistono nella sostituzione di una coppia di basi azotate con un'altra. Si dividono a loro volta in due tipologie: transizioni e trasversioni.

• Transizioni: comportano la sostituzione di una base con un'altra della stessa categoria chimica. Ad esempio: una purina per un'altra purina, adenina per guanina o guanina per adenina (A → G o G → A). Può anche essere il caso di sostituire una pirimidina con un'altra pirimidina, ad esempio: citosina per timina o timina per citosina (C → T o T → C).
• Trasversioni: sono cambiamenti che coinvolgono diverse categorie chimiche. Ad esempio, il caso del passaggio da una pirimidina a una purina: T → A, T → G, C → G, C → A; o una purina per una pirimidina: G → T, G → C, A → C, A → T.

Per convenzione, questi cambiamenti sono descritti con riferimento al DNA a doppia elica, e quindi le basi che compongono la coppia devono essere dettagliate. Ad esempio: una transizione sarebbe GC → AT, mentre una trasversale potrebbe essere GC → TA.

Figura 2. Tipi di cambiamenti mutazionali puntiformi. Fonte: (di Sara - Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Inserimenti o eliminazioni

Consistono nell'ingresso o nell'uscita di una o più coppie di nucleotidi di un gene. Sebbene l'unità interessata sia il nucleotide, di solito ci riferiamo sempre alla coppia o alle coppie di basi coinvolte.

conseguenze

-Concetti basilari

Per studiare le conseguenze delle mutazioni geniche, dobbiamo prima rivedere due proprietà fondamentali del codice genetico.

1. Il primo è che il codice genetico è degenerato. Ciò significa che lo stesso tipo di amminoacido nella proteina può essere codificato da più di una tripletta o codone nel DNA. Questa proprietà implica l'esistenza di più triplette o codoni nel DNA rispetto ai tipi di amminoacidi.
2. La seconda proprietà è che i geni possiedono codoni di arresto, utilizzati per la terminazione della traduzione durante la sintesi proteica.

-Scenari di mutazioni geniche

Le mutazioni dello strut possono avere conseguenze diverse, a seconda del luogo specifico in cui si verificano. Possiamo quindi visualizzare due possibili scenari:

1. La mutazione si verifica in una parte del gene in cui è codificata la proteina.
2. La mutazione si verifica in sequenze regolatorie o altri tipi di sequenze non coinvolte nella determinazione della proteina.

-Conseguenze funzionali del primo scenario

Le mutazioni geniche nel primo scenario generano i seguenti risultati:

Mutazione silenziosa

Succede quando un codone cambia per un altro che codifica per lo stesso amminoacido (questa è una conseguenza della degenerazione del codice). Queste mutazioni sono chiamate silenti, perché in termini reali la sequenza amminoacidica risultante non cambia.

Mutazione di inversione di marcia

Si verifica quando il cambiamento del codone determina un cambiamento dell'amminoacido. Questa mutazione può avere effetti diversi a seconda della natura del nuovo amminoacido introdotto.

Se è di natura chimica simile all'originale (sostituzione sinonimo), l'effetto sulla funzionalità della proteina risultante può essere trascurabile (questo tipo di cambiamento è spesso chiamato cambiamento conservativo).

Quando, invece, la natura chimica dell'amminoacido risultante è molto dissimile dall'originale, l'effetto può essere variabile e la proteina risultante può essere resa inutilizzabile (modifica non conservativa).

La posizione specifica di una tale mutazione all'interno del gene può avere effetti variabili. Ad esempio, quando la mutazione si verifica in una parte della sequenza che darà origine al centro attivo della proteina, si prevede che il danno sarà maggiore rispetto a se si verificasse in regioni meno critiche.

Mutazione senza senso

Succede quando la modifica genera un codone di arresto della traduzione. Questo tipo di mutazione produce solitamente proteine ​​difunzionali (una proteina troncata).

Inserimenti o eliminazioni

Hanno un effetto equivalente alla mutazione senza senso, sebbene non identico. L'effetto si verifica quando cambia il frame di lettura del DNA (un fenomeno noto come reading frame shift o frameshift).

Questa variazione produce un RNA messaggero (mRNA) con un ritardo dal luogo in cui si è verificata la mutazione (inserimento o delezione) e quindi un cambiamento nella sequenza aminoacidica della proteina. I prodotti proteici ottenuti da geni con questo tipo di mutazioni saranno totalmente disfunzionali.

eccezioni

Un'eccezione potrebbe verificarsi quando si verificano inserimenti o delezioni di esattamente tre nucleotidi (o multipli di tre).

In questo caso, nonostante la modifica, il frame di lettura rimane invariato. Non si può quindi escludere che la proteina risultante sia disfunzionale, sia per l'incorporazione di amminoacidi (nel caso dell'inserimento) sia per la loro perdita (nel caso di delezioni).

-Conseguenze funzionali del secondo scenario

Le mutazioni possono verificarsi in sequenze di tipo normativo o altre sequenze non coinvolte nella determinazione delle proteine.

In questi casi, l'effetto delle mutazioni è molto più difficile da prevedere. Dipenderà quindi da come la mutazione puntiforme influisce sull'interazione di quel frammento di DNA con i molteplici regolatori dell'espressione genica che esistono.

Anche in questo caso, la rottura del frame di lettura o la semplice perdita di un frammento necessario per il legame di un regolatore, possono causare effetti che vanno dalla disfunzionalità dei prodotti proteici, al mancato controllo delle quantità degli stessi.

-Casi frequenti che portano a malattie

Un esempio di una mutazione puntiforme molto rara è la cosiddetta mutazione del guadagno di senso.

Consiste nella trasformazione del codone di stop in un codone di codifica. Questo è il caso di una variante dell'emoglobina chiamata Constant Spring Hemoglobin (variante allelica HBA2 * 0001), causata dal cambiamento del codone di arresto UAA nel codone CAA.

In questo caso, la mutazione puntiforme si traduce in un'emoglobina α-2 instabile estesa di 30 amminoacidi, causando una malattia del sangue chiamata alfa-talassemia.

Riferimenti

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