Mutazioni genetiche: tipi, cause e conseguenze

Il DNA viene copiato con grande precisione, ma nessun sistema è perfetto: ogni tanto la sequenza cambia. Queste alterazioni si chiamano mutazioni. Possono essere innocue, dannose o, raramente, vantaggiose; sono la materia prima dell’evoluzione, ma anche la causa di molte malattie genetiche e dei tumori.

Vediamo che cosa è una mutazione, le differenze tra mutazioni puntiformi e mutazioni con scivolamento della cornice di lettura (frameshift), quali sono le cause e quali le possibili conseguenze.

Che cos’è una mutazione

Una mutazione è una variazione stabile ed ereditabile nella sequenza del DNA. Può interessare una sola base oppure tratti più ampi del genoma. Se avviene in una cellula somatica resta confinata a quella cellula e ai suoi discendenti; se avviene nelle cellule germinali (uovo o spermatozoo) può essere trasmessa alla generazione successiva.

Non tutte le mutazioni hanno effetti. Grazie alla ridondanza del codice genetico, alcune non cambiano l’amminoacido prodotto e sono dette silenti. Altre cambiano un amminoacido o interrompono la proteina, con effetti che vanno da trascurabili a gravi.

Le mutazioni puntiformi

Le mutazioni puntiformi coinvolgono una sola base. La forma più comune è la sostituzione, in cui una base viene rimpiazzata da un’altra. Le conseguenze dipendono da come questo cambio si riflette sul codone:

• Mutazione silente: il nuovo codone codifica lo stesso amminoacido. La proteina è identica e non c’è alcun effetto.
• Mutazione di senso errato (missenso): il codone cambia e indica un amminoacido diverso. L’effetto dipende da quanto quell’amminoacido sia importante per la funzione.
• Mutazione non senso (nonsenso): il codone diventa un segnale di stop, troncando la proteina prima del tempo. Di solito la proteina risulta non funzionante.

Un esempio classico è l’anemia falciforme, causata da una singola sostituzione che cambia un amminoacido nell’emoglobina: basta una lettera per alterare profondamente la funzione di una proteina.

Le mutazioni frameshift

Le mutazioni con scivolamento della cornice di lettura (frameshift) nascono dall’inserzione o dalla delezione di un numero di basi non multiplo di tre. Poiché il codice si legge a triplette, aggiungere o togliere una o due basi sposta l’intera cornice di lettura: da quel punto in poi tutti i codoni successivi cambiano significato.

…CAT CAT CAT… → (inserzione G) → …CAT GCA TCA T… (frameshift)

Il risultato è quasi sempre drastico: la proteina prodotta a valle del frameshift è completamente diversa e di solito non funzionale, spesso accorciata da un codone di stop comparso per caso nella nuova cornice. Per questo le frameshift tendono ad avere effetti più gravi delle semplici sostituzioni. Se invece si inseriscono o si tolgono basi in numero multiplo di tre, la cornice resta intatta e l’effetto è più limitato.

Le cause delle mutazioni

Le mutazioni possono essere spontanee, dovute a errori della replicazione che sfuggono ai sistemi di correzione, oppure indotte da agenti esterni detti mutageni. Tra i mutageni ci sono radiazioni come i raggi UV e i raggi X, e numerose sostanze chimiche capaci di reagire con il DNA o di imitarne le basi. Molti mutageni sono anche cancerogeni, perché le mutazioni che provocano possono attivare la trasformazione tumorale.

La cellula dispone di sistemi di riparazione del DNA che correggono gran parte dei danni prima che diventino mutazioni stabili. Quando questi sistemi sono difettosi, il tasso di mutazione aumenta: è il caso di alcune malattie ereditarie che predispongono ai tumori.

Tipi di mutazione a confronto

Uno schema di riepilogo dei principali tipi di mutazione e dei loro effetti tipici:

Il filo conduttore è chiaro: l’effetto di una mutazione dipende da come essa modifica la lettura del messaggio e, di conseguenza, la proteina prodotta. Conta poi moltissimo anche dove cade la mutazione: una variazione in un tratto non codificante o in un punto poco importante della proteina può passare inosservata, mentre la stessa identica sostituzione, se colpisce un amminoacido cruciale per il sito attivo di un enzima, può annullarne la funzione. È questo intreccio tra tipo di mutazione e posizione a spiegare perché alterazioni apparentemente minime del DNA possano avere conseguenze tanto diverse, da nessun effetto fino a una malattia genetica grave, e perché lo studio sistematico delle mutazioni sia oggi al centro della genetica medica.

Vedi anche. Lo scambio di tratti di DNA che genera variabilità e ripara i danni gravi è la ricombinazione genetica.

Domande frequenti

Che cos’è una mutazione genetica?

È una variazione stabile ed ereditabile nella sequenza del DNA. Può riguardare una singola base o tratti più ampi. A seconda di dove e come avviene, può non avere effetti oppure alterare una proteina, con conseguenze che vanno da innocue a gravi.

Qual è la differenza tra mutazione puntiforme e frameshift?

Una mutazione puntiforme cambia una sola base e può lasciare invariata la proteina o cambiarne un amminoacido. Una frameshift, dovuta all’inserzione o delezione di basi non multiple di tre, sposta la cornice di lettura e altera tutti i codoni successivi, con effetti di solito molto più gravi.

Che cos’è una mutazione silente?

È una sostituzione di base che, grazie alla ridondanza del codice genetico, produce un codone che codifica lo stesso amminoacido. La proteina resta identica e non c’è alcun effetto osservabile.

Quali sono le cause delle mutazioni?

Possono essere spontanee, cioè errori della replicazione sfuggiti ai sistemi di correzione, oppure indotte da mutageni esterni come radiazioni (UV, raggi X) e sostanze chimiche. Molti mutageni sono anche cancerogeni.

Tutte le mutazioni sono dannose?

No. La maggior parte è neutra, alcune sono dannose e poche risultano vantaggiose. Proprio queste ultime, favorite dalla selezione naturale, sono il motore della variabilità genetica e dell’evoluzione.