Biologia | Le mutazioni

In qualsiasi cellula che va incontro al proprio ciclo cellulare possono verificarsi errori di duplicazione del DNA, che saranno trasmessi alle cellule figlie. Negli organismi pluricellulari si riconoscono due tipi di mutazioni:

1. Le mutazioni somatiche sono quelle che si verificano nelle cellule del soma (organismo). In seguito alla mitosi tali mutazioni si trasmettono alle cellule figlie e da queste alla loro discendenza, ma non vengono ereditate dalla prole generata per riproduzione sessuata. Per esempio, una mutazione in una singola cellula epiteliale umana può produrre una chiazza cutanea, che però non verrà trasmessa ai figli.
2. Le mutazioni nella linea germinale sono quelle che si verificano nelle cellule germinali , ovvero le cellule specializzate nella produzione dei gameti. In seguito alla fecondazione, un gamete contenente una mutazione la trasmette al nuovo organismo.

A livello molecolare, possiamo distinguere tra:
• mutazioni puntiformi, quando a essere alterato è un solo nucleotide. Le mutazioni puntiformi sono il risultato dell’aggiunta o della perdita di una base del DNA, oppure della sostituzione di una base nucleotidica con un’altra. Si possono produrre in seguito a un errore nella duplicazione del DNA sfuggito al processo di correzione di bozze oppure a causa di agenti mutageni ambientali, come le radiazioni e certe sostanze chimiche. Le mutazioni puntiformi non sempre hanno effetti sulla sequenza dell’mRNA: si distinguono in mutazioni silenti, mutazioni di senso, mutazioni non senso e mutazioni per scorrimento della finestra di lettura. 

• Nelle mutazioni silenti, alcune sostituzioni di base non producono cambiamenti della sequenza amminoacidica prodotta. Le mutazioni silenti sono alla base della variabilità genetica.
• Nelle mutazioni di senso, alcune sostituzioni di base modificano il messaggio genetico in modo tale che nella proteina troviamo un amminoacido al posto di un altro. Un esempio particolare di mutazione di senso riguarda l’allele responsabile di un tipo di anemia, l’anemia falciforme, dovuto a un difetto nell’emoglobina, la proteina dei globuli rossi che serve a trasportare l’ossigeno. L’allele falciforme del gene che codifica una subunità dell’emoglobina differisce dall’allele normale per una sola base, perciò codifica un polipeptide che ha un solo amminoacido diverso dalla proteina normale. Gli individui omozigoti per questo allele recessivo presentano globuli rossi alterati, che assumono una caratteristica forma a falce e producono un’anomalia nella circolazione sanguigna, con conseguenze gravi per la salute.
• Le mutazioni non senso costituiscono un altro tipo di sostituzione di base e spesso hanno un effetto più distruttivo delle mutazioni di senso. In una mutazione non senso, la sostituzione della base fa sì che nell’mRNA risultante si formi un codone di stop, come per esempio UAG.
• Le mutazioni per scorrimento della finestra di lettura (frame-shift mutation) riguardano singole coppie di basi che si inseriscono nel DNA o ne vengono rimosse. Queste mutazioni mandano fuori registro il messaggio genetico, alterandone la decodificazione.

• mutazioni cromosomiche, che riguardano un segmento di DNA. L’intera molecola del DNA si può spezzare e ricongiungere, alterando totalmente la sequenza dell’informazione genetica. Tali mutazioni cromosomiche, in genere prodotte da agenti mutageni o da grossolani errori nella duplicazione dei cromosomi, possono essere di quattro tipi:

1. La delezione è la perdita di un segmento di DNA.
2. La duplicazione e la delezione si verificano quando cromosomi omologhi si rompono in diversi punti e si riuniscono, scambiandosi i segmenti.
3. L’inversione consiste nel reinserimento di un segmento rotto in modo invertito.
4. La traslocazione reciproca si verifica quando cromosomi non omologhi si scambiano frammenti.

• mutazioni genomiche, che riguardano il numero dei cromosomi presenti in un individuo. Negli organismi diploidi, compresi gli esseri umani, le forme di aneuploidia più frequenti sono la mancanza di un cromosoma da una coppia di omologhi (monosomia) oppure la presenza di un cromosoma in più in una coppia (trisomia). Più raro è il caso di perdita di una coppia intera. Il caso più frequente è la trisomia 21, chiamata sindrome di Down. Sono note altre due trisomie, la sindrome di Patau (trisomia 13) e la sindrome di Edwards (trisomia 18). In ambedue i casi, quasi nessuno dei pochi bambini che nascono supera i primi mesi di vita.

Le altre trisomie autosomiche non sono vitali.

Più frequenti sono le alterazioni legate ai cromosomi sessuali, tra cui la delezione di un intero cromosoma X causa della sindrome di Turner (monosomia), con nascita di femmine X0 che di norma non maturano sessualmente e che spesso mostrano malformazioni allo scheletro o agli organi interni. La corrispondente sindrome di Klinefelter (trisomia per cromosomi sessuali) deriva invece da una non-disgiunzione e porta alla nascita di maschi XXY. Il quadro di questa alterazione è meno grave.

Le monosomie per qualunque autosoma sono mortali in utero.

NOTA BENE: Senza mutazioni non ci sarebbe evoluzione. Le mutazioni infatti possono nuocere all’organismo, oppure essere neutre, o addirittura (di tanto in tanto) migliorare la capacità di adattamento all’ambiente, o diventare vantaggiose al mutare delle condizioni ambientali.
In una popolazione, il contributo di un individuo al pool genetico della generazione successiva è detto fitness.