Czynniki mutagenne i

teratogenne

CO TO JEST MUTACJA ?

• Zmiana która zaszła w materiale genetycznym.

• Jeśli zmiana ta dotyczy DNA komórki somatycznej,

to jej efektem może być zmiana fenotypu (np. w

efekcie mutacji somatycznej może dojść do

transformacji nowotworowej komórki).

• Jeżeli zmiana dotyczy gamet, to może być ona

przekazywana z pokolenia na pokolenie.

• Innym termin określający mutacje genowe to

„MUTACJE PUNKTOWE”.

PODZIAŁ MUTACJI

• Mutacje punktowe = genowe

–

zmiana / uszkodzenie dotyczy
pojedynczego genu, często w wyniku
zamiany tylko jednej pary zasad.

• Mutacje chromosomowe

– dotyczą

zmiany struktury chromosomów.

• Mutacje genomowe

– dotyczą liczby

zaburzeń chromosomów

• Mutacje spontaniczne

– są wynikiem błędu

w procesie replikacji, są one jednak bardzo

rzadkie (1 na miliard). Dokładność procesu

replikacji jest zawdzięczana zdolności

korektorskiej jednej z podjednostek

polimerazy DNA. Usunięcie tej podjednostki

powoduje 1000 krotne podwyższenie poziomu
mutacji spontanicznych.

• Mutacje indukowane

– są wynikiem działania

związków mutagennych. Mutageny dzielimy

na trzy grupy:

mutageny fizyczne, chemiczne

i biologiczne

PODZIAŁ MUTACJI

• Mylne wstawienie zasady w czasie procesu

replikacji

– jest to zjawisko które zachodzi

bardzo rzadko, średnio częstość mutacji w

jednym cyklu replikacji w przeliczeniu na

jedną parę nukleotydów wynosi 10

-9

. Jednak

częstość różnych par zasad w tym samym

genie może znacznie się różnić. W genie

mogą występować sekwencje które mutują

znacznie łatwiej od innych.

• Ślizganie się polimerazy

– może mieć

miejsce gdy w DNA występują długie

powtórzenia tych samych par zasad.

• Modyfikacje chemiczne zasad w DNA –

jest to

proces zachodzący samorzutnie i bez udziału

mutagenów.

MOLEKULARNE MECHANIZMY POWSTAWANIA

MUTACJI SPONTANICZNYCH U CZŁOWIEKA

Rodzaje mutacji punktowych:

– Substytucje:

• TRANZYCJE

– zamiana

puryny

purynę

lub

pirymidyny

pirymidynę

A » G T » C

G » A C » T

• TRANZWERSJE

- zamiana

puryny

pirymidynę

lub odwrotnie

A » C or T T » A or G

G » C or T C »A or G

– Mutacje powodujące przesunięcie

RAMKI ODCZYTU

• INSERCJE

– wstawienie (jednej lub kilku par

zasad) do łańcucha DNA.

• DELECJE

–wypadnięcie (jednej lub kilku par

zasad) z łańcucha DNA.

MUTAGENY

• Fizyczne

(promieniowanie)

• Chemiczne

(różne związki

chemiczne)

• Biologiczne

(wirusy)

• promieniowanie jonizujące

(X, neutrony,

promieniowanie kosmiczne) jest to
promieniowanie wysokoenergetyczne, które
przenikając przez środowisko powoduje
jonizację napotkanych atomów. Najbardziej
wrażliwe są tkanki o komórkach intensywnie
dzielących się.

Fizyczne

• jeśli wolny rodnik przyłączy się do zasady –

osłabienie wiązania, wypadnięcie nukleotydu

• przyłączenie do grupy fosforanowej – pęka

nić DNA. Jeżeli dzieje się tak po obydwu
stronach, może pęknąć cały chromosom .

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie
jonizujące
powoduje
powstawanie
wolnych
rodników.

promieniowanie UV

emituje fale

pochłaniane przez DNA (~ 260nm), większa
długość fali = mniejsza energia, a tym
samym mniejsza zdolność przenikania przez
tkanki.

Nie powoduje jonizacji ale wzbudza

atomy.

Promieniowanie UV

• powstają dimery

pirymidynowe
(głównie T-T)

• powstają wiązania

DNA z białkami

• rzadziej: pękanie

pojedynczych nici

• analogi zasad
• związki

alkilujące

• związki

nitrozowe

• barwniki

akrydynowe

• nitropireny
• pestycydy

Chemiczne

• metale ciężkie
• aromatyczne

węglowodory
wielopierścieniow
e

• leki

przeciwnowotwor
owe

• inne leki

Analogi zasad

5-bromouracyl

– analog tyminy, wiąże się z

guaniną zamiast z adeniną

2-aminopuryna

– analog adeniny, wiąże się z

cytozyną zamiast z tyminą

Związki alkilujące

Powodują przyłączanie dodatkowych rodników
alkilowych do DNA. (najczęściej do guaniny –
związki jednofunkcyjne). Następuje wycinanie
zmodyfikowanych zasad przez endonukleazy
lub specyficzne glikozylazy DNA – miejsce

apurynowe, apirymidynowe

lub transwersje (A-

C, C-T, T-G)

• Alkilacja grupy fosforanowej

– pękanie

łańcucha DNA (związki jednofunkcyjne)

• Alkilacja zasad

– wiązanie krzyżowe w obrębie

1 lub dwóch nici (związki dwufunkcyjne)

dwufunkcyjne
• iperyt azotowy
• busulfan
• cyklofosfamid

jednofukcyjne:

• sulfonian

dwumetylowy

• sulfonian

etylometylowy

Związki nitrozowe (HNO

)

Powodują dezaminację DNA i RNA
zamieniając:

cytozynę w uracyl

guaninę w ksantynę
(para z cytozyną)

adeninę w hipoksantynę
(para z cytozyną)

HNO

Barwniki akrydynowe

• bromek etydyny
• oranż

akrydynowy

• proflawina

• akryflawina
• quinakryna

Interkalują w DNA zniekształcając
matrycę – wypadnięcie lub
dostawienie zasady podczas
replikacji.

Leki o działaniu

mutagennym -

leki przeciwnowotworowe

Mechanizm działania:

- Hamowanie replikacji
- Destrukcja DNA
- Hamowanie syntezy białek
- Niszczenie struktur

komórkowych

• syntezy

dezoksyrybonukleotydó
w – 5-fluorouracyl

• niszczenie wrzeciona

kariokinetycznego
(kolchicyna)

• gotowego DNA –

cisplatyna (wiązanie
krzyżowe)

Leki stosuje się na różnych

etapach:

cisplatyna

Swoiste dla cyklu komórkowego (słabiej
na fazę G

)

•

leki alkilujące

(cyklofosfamid,

busulfan)

•

antybiotyki

(adriamycyna,

bleomycyna)

Swoiste dla fazy cyklu komórkowego

•

antymetabolity

(metotreksat –

antagonista kwasu foliowego
odpowiedzialnego za segregację
chromosomów) – faza S

•

alkaloidy

(winkrystyna, winblastyna)

– faza M

•

inhibitory topoizomerazy II

(etopozyd)

Analogi zasad

Działanie na zasadzie hamowania
konkurencyjnego
Antagoniści składników kwasów
nukleinowych lub ich syntezy.

-6-merkaptopuryna

(hamuje syntezę

puryn – AML)

-5-fluorouracyl

(rak żołądka, jamy

nosowo – gardłowej, pęcherza
moczowego, jajników)

-ametopteryna (metotreksat –
antagonista kwasu foliowego – leczenie
ALL u dzieci)

-cytarabina (arabinozyd cytozyny,
białaczka limfatyczna)

Związki alkilujące

• bardzo małe dawki powodują wzmożenie
podziałów komórkowych

• hamują wzrost komórek, podziały

• Zaburzają mitozę w komórkach szybko
rosnących (np. cebulki włosów)

• Działanie cytostatyczne głównie tkanki
chłonnej (białaczka przewlekła, ziarnica
złośliwa, szpiczak mnogi)

• Np.

cyklofosfamid

(Endoxan) – pochodna

iperytu azotowego

• Konieczny metabolizm w wątrobie przez
system

oksydaz

• Raki: żołądka, jajnika, prostaty, oskrzeli

Inhibitory topoizomerazy II

Antybiotyki

Etopozyd

– hamuje działanie

topoizomerazy, niezbędnej do
poreplikacyjnego rozdziału DNA i
kondensacji chromosomów w mitozie

•

Aktynomycyna

– hamuje

transkrypcję

•

Bleomycyna

– rozcina łańcuchy

DNA

•

Doksorubicyna

– antybiotyki

antracyklinowe – interkalacja

Alkaloidy

•

kolchicyna

•

winkrystyna

•

winblastyna

•

adriablastyna

- Stosuje się także

hormony i

antyhormony

– jeśli nowotwory są

hormonozależne (nowotwory gonad)

- Promieniowanie jonizujące

(191Au,

32P, 131I)

Inne leki

Leki immunosupresyjne (np.

metotreksat)

Leczenie chorób autoagresji,
zapobieganie odrzutom
przeszczepów, choroba
hemolityczna noworodków

Działanie immunosupresyjne
poprzez wpływ na rozmnażanie i
różnicowanie komórek
immunologicznie kompetentnych

Środki odkażające

Etakrydyna

(Rivanol) – związek

interkalujący. Stosuje się 0,1 – 0,5%
roztwór. Nie wolno wlewać
bezpośrednio do rany!

Działa na bakterie, odkażająco na
skórę i błony śluzowe.

Metody badania

mutagenności - Prokaryota

Bakterie his– miesza się z
homogenatem z wątroby
szczura. Wylewa się na
podłoże minimalne (nie
zawierające histydyny).
Przeżyją tylko te, które
„nauczyły się”
syntetyzować histydynę –
his+, czyli rewertanty
(mutacja powrotna)

Test Amesa

Test indukcji faga



2 szczepy bakteryjne
– jeden z
lizogenicznym
fagiem, drugi
normalny. Hodowla
na stałym podłożu,
dodaje się badanego
związku - indukcja
faga (uszkodzenie
DNA i przestawienie
na cykl lityczny).
Wirusy atakują
zdrowe komórki.
Ilość łysinek
świadczy o stopniu
mutagenności.

Metody badania

mutagenności - Eukaryota

• test plamkowy
• badanie aberracji chromosomowych in

vitro (CA)

• test wymiany chromatyd siostrzanych

(SCE)

• test in vivo (test mikrojądrowy)
• test kometkowy
• test wykrywania dominujących mutacji

letalnych u ssaków

Test plamkowy

aa/bb/SS AA/BB/SS

(łatka- klon

komórkowy)

Aa/Bb/SS Aa/bb/SS
agouti czarne agouti z

brązową łatą

czarnym

tle

A – gen agouti
B – gen czarnej barwy

S – jednolite
wybarwienie

a – jednolite
wybarwienie
b – brązowa barwa

s – łaciatość

Związek jest
mutagenem, jeżeli na
500 myszek urodzą się
4 z brązową łatą

Test kometkowy (test

degradacji DNA)

•czynnik
mutagenny

•zawieszenie w
kropli agarozy

•szkiełko

•obróbka zaczyna
się w roztworze do
lizy (niszczenie
błon
komórkowych)

•elektroforeza
DNA. wybarwianie
fluorochromem

Etapy elektroforezy testu
kometkowego (DNA
zdegradowane)

Addukty (np. benzopiren)

Reagują z cząsteczką DNA, pochodne węglowodorów
aromatycznych. Nie są mutagenne w takiej postaci,
w jakiej je wdychamy, dopiero po szeregu obróbek
metabolicznych. Łączą się z zasadą azotową.

Konsekwencje:

• zahamowanie lub obniżenie szybkości replikacji DNA
• niewłaściwe parowanie zasad podczas replikacji
• generowanie miejsc apurynowych

Efekty mutacji w różnych

komórkach

 mutacje komórek rozrodczych – mutacja

we wszystkich komórkach organizmu

 mutacje komórek somatycznych –

karcinogeneza – mutacja w komórkach guza

 mutacje komórek płodowych –

teratogeneza – organizm mozaikowy

Mechanizmy teratogenezy

 zmiana ekspresji genów
 zaburzenia apoptozy
 zaburzenia migracji i proliferacji

komórek

 zaburzenia syntezy i funkcji białek
komórkowych
 zaburzenia produkcji energii

Czynniki wpływające na

powstawanie wad

 dawka teratogenu
 tydzień ciąży
 czas trwania ekspozycji
 specyficzność działania teratogenu
 metabolizm matczyny
 transport przez łożysko
 metabolizm płodu

Wady wrodzone indukowane

czynnikiem teratogennym



zmiany anatomiczne (deformacje,

malformacje, dysrupcje, dysplazje)



zmiany funkcjonalne (głuchota, ślepota,

niepełnosprawność intelektualna)

Fazospecyficzność działania

teratogennego

skutki klinicznie większości teratogenów zależa od

stadium rozwoju płodu/zarodka

np. wady serca – 20-40 dzień ciąży, wady oczu – 24-40

dzień ciąży

 genopatie – przed zapłodnieniem
 blastopatie – do 14 dnia po zapłodnieniu
 embriopatie – 14-60 dzień po zapłodnieniu

– tworzą się zawiązki narządów

 fetopatie – po 60 dniu życia płodowego

Fazospecyficzność działania

teratogennego

• Po 60 dniu życia płodowego (zakończona

organogeneza):

• okres proliferacji i migracji komórek, wzrost

i dojrzewanie narzadów

• zaburzenia funkcjonalne – dysfunkcje OUN,

nowotwory wrodzone

Teratogeny swoiste –

takie, które

prowadzą do określonych zaburzeń

Przykładowe mechanizmy

prowadzące do powstania wad

Talidomid prowadzi m.n. do fokomelii:

• Związek ten lub jego metabolity łączą się z

sekwencjami powtarzalnymi regionów
promotorowych genów IGF-1 i IGF-2
obniżając aktywność transkrypcyjną. Geny
IGF-1 i IGF-2 regulują angiogenezę w
rozwijających się kończynach. Dochodzi
zatem do zahamowania angiogenezy i do
zahamowania rozwoju kończyn.