Mutaciones y Polimorfismos en Biología del Centro Europeo de Másteres y Posgrados

VIII. MUTACIONES Y POLIFORMISMOS

-o Máster en Biología Molecular C CENTRO EUROPEO DE MÁSTERES Y POSGRADOS- Índice

1. Agentes mutagénicos

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2. Agentes químicos

   4

3. Agentes físicos

   4

4. virus

   5

5. Tipos de mutaciones

   6

6. Según su forma de producción

   6

   6

7. Según a qué material genético afectan

   6

   6

8. Según el efecto que producen

   7

   7

9. Según las células afectadas

   8

   8

10. Tipos de polimorfismos

    9

11. RFPL

    9

12. SNP

    9

13. VNTR o minisatélites

    9

14. STR o microsatélites

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15. Técnicas de detección de mutaciones

    11

16. Técnicas de cribado

    11

17. Técnicas definitivas

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18. Mutagénesis dirigida a sitio

    12Tecnologías de análisis y manipulación de ácidos nucleicos

Objetivos del análisis de ácidos nucleicos

Diferenciar una mutación de un polimorfismo. Conocer los agentes mutagénicos. Entender los distintos tipos de mutaciones. Aprender las técnicas para la detección de mutaciones y polimorfismos. Comprender las técnicas de creación de mutaciones.

Ideas clave sobre mutaciones

Una mutación es una variación o cambio en la secuencia del genoma. Si la frecuencia en la que aparece es superior al 1%, se denomina polimorfismo. 7 Los principales agentes mutagénicos son los agentes químicos, los agentes físicos y los virus. Las mutaciones se pueden clasificar según su forma de producción, el material genético al que afectan, el efecto que producen o las células afectadas, entre otros criterios. Las técnicas que nos permiten detectar mutaciones o polimorfismos se pueden clasificar dos grupos: técnicas definitivas y técnicas de cribado, que necesitan una técnica definitiva posteriormente. 7 Se puede producir una mutación mediante mutagénesis dirigida a sitio.

Introducción a las mutaciones

Una mutación es una variación o cambio en la secuencia del genoma. Los polimorfismos se diferencian de las mutaciones simplemente por la frecuencia en la que aparecen. Si está presente en el 1% o más de la población, se consideran polimorfismos. Si aparecen en menos del 1%, mutaciones. 3C CENTRO EUROPEO DE MÁSTERES Y POSGRADOS O

1. Agentes mutagénicos

Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas por agentes mutagénicos. Los principales agentes mutagénicos son los agentes químicos, los agentes físicos y los virus.

1.1 Agentes químicos

Los agentes químicos mutagénicos son compuestos químicos que causan cambios locales en la secuencia de nucleótidos. Se clasifican según su modo de acción en: Análogos de bases o tautómeros de las bases nitrogenadas: son isómeros de las bases nitrogenadas que se diferencian en la posición del grupo funcional. Se incorporan al ADN durante la replicación en lugar de la base correspondiente. Por ejemplo, el 5-bromouracilo en lugar de la timina o la 2-aminopurina en lugar de la adenina. Agentes intercalantes: Son moléculas planas que se insertan entre dos pares de bases del ADN, separándolas entre sí. Durante la replicación, puede provocar inserciones o deleciones en el ADN, originando mutaciones por cambio en la pauta de lectura. Ejemplos: las acridinas (naranja de acridina), el benzopireno, el bromuro de etidio y la proflavina. Modificación de las bases nitrogenadas: eliminan o añaden grupos a las bases nitrogenadas. Por ejemplo, el ácido nitroso provoca la eliminación del grupo amino de las bases y el gas mostaza añade grupos metilo o etilo en las bases.

1.2 Agentes físicos

Los agentes físicos que causan mutaciones son las radiaciones, tanto las ionizantes como las no ionizantes, y el calor. Las radiaciones ionizantes, como los rayos X, los rayos gamma, la radiación alfa y radiación beta, provocan la pérdida de electrones en algunos átomos del ADN que quedan en forma de iones muy reactivos. Pueden producir modificaciones en las bases y también causar alte- raciones cromosómicas estructurales, como roturas de los cromosomas y translocaciones. Las radiaciones no ionizantes, principalmente la radiación ultravioleta, provocan la aparición de mutaciones puntuales. Las fluctuaciones térmicas, como la exposición a temperaturas superiores a 37ºC, produce mutaciones puntuales en el ADN, como la pérdida de bases púricas (despurinización), o la pérdida de grupos aminos de las bases (desaminación). 4 ọTecnologías de análisis y manipulación de ácidos nucleicos

1.3 virus

Los virus también son agentes mutagénicos. En los seres humanos, se ha relacionado la infección por varios virus con el desarrollo de algunos tipos de cáncer. Se les denomina virus ongenénicos u oncovirus. Hay seis grandes familias de virus oncogénicos. Cinco de estas familias son de virus ADN (Poliomavirus, Adenovirus, Hepatitis B, Herpesvirus-EBV y Papilo- mavirus); mientras que la sexta familia (Retrovirus) presentan ARN como material genético. Los retrovirus o virus de ARN pueden insertar su genoma en un lugar próximo a un oncogén, lo que provoca un cambio en su función. Los virus de ADN, como papilomavirus o el SV40, pueden promover el desarrollo del cáncer secuestrando las proteínas codificadas por los genes supresores de tumores (por ejemplo, p53 o la proteína retinoblastoma). 5C CENTRO EUROPEO DE MÁSTERES Y POSGRADOS O

2. Tipos de mutaciones

Existen multitud de formas de clasificar los tipos de mutaciones, como según su forma de producción, según a qué afectan, el efecto que producen o por la cantidad de material afectado.

2.1 Según su forma de producción

En primer lugar, se pueden clasificar en función de su forma de producción. Como ya hemos visto en el apartado anterior, las mutaciones pueden ser: Espontáneas 7 Inducidas por un agente mutagénico

2.2 Según a qué material genético afectan

Otra forma de clasificar a las mutaciones es por el tipo de material genético afectado: Mutaciones cromosómicas estructurales: afectan a fragmentos de los cromosomas. Se pueden producir translocaciones, duplicaciones, inversiones, inserciones y deleciones. 7 Mutaciones génicas: afectan a los genes.

2.2.1 Mutaciones cromosómicas

Las translocaciones consisten en el intercambio de material genético entre cromosomas no homólogos. Se clasifican en: translocaciones recíprocas y robertsonianas. En las translocaciones recíprocas, en dos cromosomas no homólogos se produce una rotura e intercambian material genético. Puede darse entre más de dos cromosomas, pero no es lo habitual. Las translocaciones robertsonianas se producen entre dos cromosomas acrocéntricos, que se unen por el centrómero, dando lugar a un único cromosoma. Se pierden los brazos cortos, que habitualmente contienen genes para RNAr, también codificados en otras partes del genoma. Suele producirse entre los cromosomas 13 y 14. Dan lugar a un individuo con 45 cromosomas, fenotípicamente normal. Sus descendientes suelen tener monosomía o trisomía. Las inversiones ocurren cuando en un mismo cromosoma hay dos roturas y los segmentos se vuelven a unir de manera invertida. Pueden ser inversiones paracéntricas o pericéntricas. Las inversiones pericéntricas se producen alrededor del centrómero, porque una rotura ocurre en el brazo corto y otra en el brazo largo. Este tipo de inversión modifica la longitud de los brazos del cromosoma. 6 ọO Tecnologías de análisis y manipulación de ácidos nucleicos Las inversiones paracéntricas se producen a un lado del centromero, ya que las dos roturas tienen lugar en el brazo corto o en el brazo largo. No modifican la longitud de los brazos del cromosoma. La inversión más frecuente es la inversión pericéntrica del cromosoma 9, que no tiene repercusión clínica. Las inserciones consisten en que un segmento cromosómico se inserta en otro cromosoma no homólogo en su posición habitual o en su posición invertida. Las duplicaciones cromosómicas consisten en la ganancia de un segmento cromosómico. Puede ser intersticial o terminal. En las delecciones se produce la pérdida de un segmento cromosómico, de manera que el individuo es hemicigótico para la información genética de ese segmento. Puede ser intersticial o terminal.

2.2.2 Mutaciones génicas

Las mutaciones génicas pueden provocar un cambio en la pauta de lectura de los genes o no. Pueden ser sustituciones, inserciones o delecciones. Las sustituciones son reemplazos de un nucleótido por otro, lo que puede provocar el cambio del aminoácido que codifican. Si el cambio es de una base púrica por otra púrica o el de una pirimidínica por otra pirimidínica, se trata de una transición. Si se cambia una base púrica por otra pirimidínica o viceversa, es una transversión. Las sustituciones que no provocan cambios en los aminoácidos se denominan sustituciones sinónimas. Las inserciones consisten en la introducción de uno o varios nucleótidos. En general provocan un cambio en el marco de lectura del gen, con lo que se generará una cadena polipeptídica distinta a partir del punto de inserción. Por último, las delecciones son la eliminación de uno o más nucleótidos. Al igual que las inserciones, provocan un cambio en el marco de lectura del gen.

2.3 Según el efecto que producen

No todos los cambios en la secuencia de los nucleótidos dan lugar a cambios en la secuencia de aminoácidos o en la función de las proteínas codificadas por los genes afectados. A las mutaciones en las que el cambio en la secuencia de nucleótidos no produce un cambio del aminoácido en la proteína, se las denomina silentes. Por el contrario, aquellas mutaciones que causan un cambio de un aminoácido por otro, son las mutaciones de sentido equivocado. Además, aquellas que causan un cambio de un codón codificante por un codón stop, se denominan sin sentido. 7C CENTRO EUROPEO DE MÁSTERES Y POSGRADOS O

2.4 Según las células afectadas

Aquellas mutaciones que se localizan sólo en el ADN de las células somáticas se denominan mutaciones somáticas. Las mutaciones somáticas suelen producirse en células tumorales y pueden asociarse con la agresividad tumoral o con la respuesta a una determinada terapia. Una mutación también puede originarse aleatoriamente en células de la línea germinal de un individuo. Por lo tanto, la podrá heredar a su descendencia. Así, esta mutación heredada estará presente en todas las células del cuerpo del individuo. Este tipo de mutaciones se denominan mutaciones de línea germinal. Las mutaciones de línea germinal pueden predisponer a un individuo portador al desarrollo de cáncer. 8 o̧