Mutacions Genètiques i Genotoxicitat: Tipus, Causes i Assajos

Introducció a la Genètica: Gens, Introns i Exons

Un gen està constituït per diferents fragments de DNA separats per seqüències sense sentit que no codifiquen cap proteïna (els INTRONS). Les parts amb sentit que serveixen per fabricar la proteïna s'anomenen EXONS.

Mutacions Genètiques: Tipus i Classificació

Les mutacions genètiques són les alteracions que tenen lloc en la informació genètica dels éssers vius.

Tipus de Mutacions Segons l'Origen

Mutacions Naturals (Espontànies)

Apareixen de manera espontània. En els humans, la taxa de mutació espontània és d'un gen mutant per cada 50.000 gens i, atès que hi ha aproximadament 25.000 gens en 23 cromosomes, a cada generació s'incorpora 1 gen mutat per individu.

Les mutacions espontànies poden ser causades per:

• Errors durant la replicació: Tautomeria. Les bases nitrogenades canvien de la forma cetònica a l'enòlica, produint transicions. Les formes tautomèriques mostren relacions d'aparellament distintes: A*-C, T*-G, G*-T i C*-A.
• Danys fortuïts en l'ADN:
  • Desaminació: Produeix transicions. La citosina (C) es converteix en uracil (U).
  • Despurinització: Es trenca l'enllaç glucosídic que uneix una base nitrogenada a un sucre.
  • Danys oxidatius en l'ADN: El metabolisme aerobi produeix radicals superòxid (O₂⁻). Aquests radicals produeixen danys en l'ADN.
• Elements genètics transponibles: Són seqüències d'ADN que poden canviar de posició dins del genoma. Produeixen una deleció o pèrdua de bases (en marxar d'una posició) i, en inserir-se dins d'un gen, es produeix una addició (la qual cosa implica la pèrdua de funció d'aquest gen).

Mutacions Induïdes (per Agents Mutagènics)

Són provocades per radiacions i determinades substàncies químiques, físiques i agents biològics, que s'anomenen agents mutagènics.

Tipus de Mutacions Segons el Nivell Afectat

Mutacions Gèniques

Són alteracions de la seqüència de nucleòtids d'un gen. Un canvi d'un nucleòtid per un altre pot fer que la proteïna continuï sent funcional; tanmateix, si s'afegeix o s'elimina algun nucleòtid, la proteïna pot no ser funcional, provocant una malaltia genètica o, fins i tot, la mort de l'organisme.

Mutacions Cromosòmiques

Són alteracions de la seqüència de gens d'un cromosoma:

• Deleció: Es perd un fragment de cromosoma, i amb ell, informació.
• Duplicació: Es duplica un fragment de cromosoma. No hi ha pèrdua d'informació.
• Addició (Inserció): S'incorpora al cromosoma un grup de nucleòtids. Tampoc hi ha pèrdua d'informació.
• Translocació: Un fragment d'un cromosoma s'uneix a un altre cromosoma diferent. Es pot donar el cas que tampoc es perdi la informació. Un tipus de sarcoma és produït per una translocació.
• Inversió: Un fragment d'un cromosoma inverteix el seu sentit, amb la qual cosa no podrà ser llegit en l'ordre correcte, encara que sí en l'invers.

Mutacions Genòmiques

Són alteracions del nombre de cromosomes:

• Quan es perden o es guanyen cromosomes aïllats parlem d'ANEUPLOÏDIA:
  • Si es perd un cromosoma es denomina MONOSOMIA (perquè només en queda un en el parell).
  • Si es guanya un es denomina TRISOMIA (perquè hi ha tres cromosomes en lloc d'un parell), com passa amb la Trisomia del parell 21, causa de la síndrome de Down.
• Quan s'augmenta un nombre genòmic sencer se li dóna el nom de POLIPLOÏDIA:
  • TRIPLOÏDIA: tres jocs.
  • TETRAPLOÏDIA: quatre jocs, etc.

Tipus de Mutacions Segons l'Efecte

• Letals: Produeixen la mort de la persona.
• Silencioses: No alteren la composició de la proteïna, però poden alterar la seva estructura tridimensional.
• Sense sentit: És una mutació puntual en una seqüència d'ADN que provoca l'aparició d'un codó de terminació prematur.

Tipus de Mutacions Segons les Cèl·lules Afectades

Segons el tipus de cèl·lula que es veu afectat:

• Mutacions germinals: Afecten les cèl·lules productores de les gàmetes, creant gàmetes amb mutacions. Aquestes mutacions es transmeten a la següent generació.
• Mutacions somàtiques: Afecten les cèl·lules somàtiques (que formen el creixement de teixits i òrgans d'un ésser viu). En aquest cas, tret que es converteixin en cèl·lules cancerígenes, no tenen gaire importància, ja que si les cèl·lules no són viables, es poden substituir per altres cèl·lules.

Un cop que una cèl·lula pateix una mutació, totes les cèl·lules que deriven d'ella per divisions mitòtiques heretaran la mutació.

Toxicologia i Genotoxicitat: Conceptes Clau

Què és la Toxicologia?

La Toxicologia és la ciència que estudia les substàncies químiques i els agents físics que són capaços de produir alteracions patològiques en els éssers vius, els mecanismes de producció d'aquestes alteracions i els mitjans per a contrarestar-les, així com els procediments per a detectar, identificar i quantificar aquests agents i avaluar el seu grau de toxicitat.

Què és la Genotoxicologia?

La Genotoxicologia és la disciplina de la investigació toxicològica per garantir la reserva genètica humana de l'acció de les diferents substàncies genotòxiques, incloent-hi en aquesta categoria totes aquelles que tinguin efectes mutagènics, carcinogènics i/o teratogènics.

Conceptes Relacionats amb la Genotoxicitat

• Mutagènesi: Inducció de canvis hereditaris (mutacions) en el genotip d'una cèl·lula com a conseqüència d'alteracions o pèrdua de gens o cromosomes (o part d'aquests).
• Carcinogènesi: Inducció, per agents químics, físics o biològics, d'una transformació maligna i incontrolada de cèl·lules, donant com a resultat la formació d'un tumor.
• Teratogènesi: Inducció de malformacions estructurals en embrions o fetus.

Agent Genotòxic

• Qualsevol agent que actuï directament o indirectament sobre l'ADN i que produeixi efectes detectables a concentracions subtòxiques.
• S'ha de ressaltar que un agent no genotòxic també pot induir efectes genotòxics (diana: enzims de reparació i replicació, proteïnes del fus, etc.).

Tipus i Fonts d'Agents Genotòxics

• Endogen: Òxid nítric, ROS, nitrosamines endògenes.
• Ocupacional: Petroli, acer, amiant, energia nuclear (indústries).
• Dieta: Mutàgens en aliments crus/cuinats, additius alimentaris.
• Estil de vida: Tabac i altres drogues, exposició a UV.
• Mèdic: Quimioteràpia, tractament de la psoriasi (psoralè + UV).
• Radiació: Natural o diagnòstica, emissions radioactives no controlades.
• Contaminació: Emissions industrials o de motors, plaguicides, incineració.
• Biològic: Mutàgens relacionats amb infeccions víriques, bacterianes, etc.

Assajos de Genotoxicitat: Detecció i Avaluació

Assajos Generals de Genotoxicitat

• Assaig: Sistema de detecció de la inducció d'efectes genotòxics.
• Estudis: in vitro, in vivo, ex vivo.
• Finalitat: Protecció i legislativa.

Un altre objectiu de la Toxicologia Genètica és dissenyar i/o modificar assajos que permetin una major capacitat de detecció d'activitat genotòxica.

Test d'Ames per a Genotoxicitat

El Test d'Ames (1973) és un assaig de retromutació en bacteris (Salmonella typhimurium). Va ser el primer assaig de curta durada desenvolupat per a detectar la mutagenicitat dels agents químics. Utilitza soques mutants, deficients per a l'histidina, per a detectar mutacions puntuals (substitució, addició o supressió) d'un o uns pocs parells de bases de l'ADN. Detecta mutacions que reverteixen les mutacions originals de les soques i restauren la capacitat dels bacteris de sintetitzar l'aminoàcid essencial histidina.

Assaig SMART amb Drosophila melanogaster

L'Assaig de Mutació i Recombinació Somàtica (SMART) en Drosophila melanogaster és una eina important en genotoxicitat.

Què és Drosophila melanogaster?

• És coneguda com la"mosca de la fruit" o"mosca del vinagr". És la mosca que apareix quan deixem oberta una ampolla de vi.
• Té una mida d'uns 2,5 mm, per la qual cosa la seva manipulació implica l'ús de lupes i instruments similars.
• En estat salvatge s'acostuma a alimentar de llevats que fermenten els sucs de les plantes i, al laboratori, a base d'una farineta preparada amb farina de blat de moro, sucre i llevat, que s'espesseix amb agar. S'afegeixen també un fungicida i un bactericida per a evitar contaminacions.

Edició Genètica CRISPR-Cas9

• La CRISPR-Cas9 és una tecnologia d'edició genètica sorgida entre els anys 2012 i 2013.
• La CRISPR-Cas9 té la capacitat de tallar i eliminar amb extrema precisió fragments de DNA (la part mutada).
• Aquesta tècnica d'edició genètica CRISPR-Cas9 permet produir un canvi en la funció de la proteïna (fenotip).