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VARIACION GENÉTICA: POLIMORFISMOS Y
MUTACIONES
Dra. Jiménez
GENERALIDADES SOBRE MUTACIONES
Todo cambio en el ADN no es necesariamente una mutación. Una mutación es un cambio en el ADN
que afecta la función de una proteína y que afecta el fenotipo de manera negativa. Si tenemos variaciones que
afectan la respuesta a un estímulo pero que no causan enfermedad, estos no se van a considerar mutaciones;
estos cambios podrían hacer al sujeto más o menos susceptible a un agente, los podríamos considerar como
polimorfismos de riesgo o de protección, pero no mutaciones. Una mutación necesariamente conlleva a una
afectación clínica, donde yo puedo ver que el paciente tiene una enfermedad o tiene una deficiencia. Una
mutación NO confiere una ventaja, a menos que se trate de mutaciones para células tumorales; estas si
pueden conferir ventajas para el cáncer, mas no para el paciente.
Hay ciertas mutaciones que en heterocigosis pueden conferir una ventaja; a esto se le llama una
Ventaja Heterocigótica. Un ejemplo de esto es la mutación para Hemogolobina S. La mutación homocigótica
para hemoglobina S va a producir Drepanocitosis, la cual es una enfermedad autosómica recesiva en la que los
eritrocitos se deforman y asumen forma de hoz; sin embargo, en portadores heterocigotos esta mutación les
confiere cierto grado de resistencia a la infección por Plasmodium sp (Malaria). Curiosamente, en áreas donde
es endémica la Malaria también es alto el número de portadores de esta mutación.
La idea de documentar las mutaciones o los polimorfismos, básicamente es para comparar el ADN que
se tiene con secuencias de referencia, para saber si lo que tenemos en el paciente es o no una alteración
causante de enfermedad. Es importante que veamos que alrededor del 99% de la secuencia nuclear entre 2
individuos es idéntica; ósea la mayor parte de ese ADN va a ser igual. Entonces, de los cambios que se
identifiquen algunos podrían ser mutaciones, pero otros podrían ser simplemente variabilidad poblacional o
normal.
HEREDABILIDAD DE LAS MUTACIONES
Cuando hablamos de mutaciones se introduce el concepto de enfermedad genética. Es muy importante
decir que NO todas las enfermedades genéticas se pueden heredar: un ejemplo de esto es el cáncer, ya que
no todos los cáncer son ni heredables ni heredados. Al revés si se toma como cierto: Todas las enfermedades
heredables son enfermedades genéticas. Entonces recordar: Todas las enfermedades heredables son
enfermedades genéticas, pero NO todas las enfermedades genéticas son heredables.
La epigenética hace una excepción a esta regla, ya que consiste en cambios heredables que no son de
índole genética, como la acetilación de histonas o la metilación de citosinas; no obstante de esto se hablará en
una clase a futuro. No obstante, la epigenética es importante, ya que ha habido casos donde se secuencia todo
el gen afectado y no se encuentra nada. Entonces en estos casos, sería necesario hacer estudios posteriores de
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epigenética para ver el estado de las histonas cercanas a ese gen, para ver si los promotores del gen están
metilados o hipometilados, etc. Sin embargo esto aún no es factible aquí. La doctora menciona que la genética
no nos resuelve todo, pero si es importante aprender y mantenerse al día siempre con los nuevos hallazgos.
Por otro lado, tenemos las mutaciones de novo, las cuales no son heredadas. Estas se generan por
exposición a mutágenos, los cuales son factores, agentes o sustancias que inducen mutaciones y que veremos
más adelante. Las mutaciones de novo que se producen en células somáticas no son heredables; solo aquellas
que se producen en las células sexuales a nivel de las gónadas son heredables. Las mutaciones de novo se
asocian a:
 Variabilidad genética
 Muerte celular
 Cáncer
 Otras enfermedades
ESTUDIOS FUNCIONALES
Con respecto al efecto que tiene una mutación sobre la función de una proteína, tenemos que se debe
hacer un estudio sobre el mismo, o referirse a literatura sobre estudios previamente realizados. Para poner un
ejemplo, uno encuentra un cambio en un gen que cambia una glicina por una fenilalanina, que son
aminoácidos bastante diferentes; sin embargo, hasta que no se haga un estudio funcional de la proteína yo no
puedo decir que este cambio sea una mutación. Existe software de predicción, donde uno mete los datos del
hallazgo obtenido y esto le hace una predicción tomando dominios de proteínas parecidas, la misma proteína
en diferentes vertebrados, etc. y con estos datos trata de predecir el cambio energético que produce a nivel de
la proteína y nos da un valor de si es o no es patológico. Sin embargo, para estar totalmente seguros se debe
hacer el estudio funcional. Este se puede hacer en cultivo celular, con clonaje de células, se podría hacer en
bacterias o en levaduras, o con animales de laboratorio para ver la función in vivo.
Otra opción, que no es la más fácil es hacer el estudio en los mismos individuos, por ejemplo
cuantificando la enzima en el paciente que tiene la alteración y comparándola con la cuantificación de otros
pacientes afectados por la enfermedad que se sospeche. Normalmente esto no es lo más fácil, y nosotros en
Costa Rica solo en muy pocas partes (como UCR o ITCR) tenemos la capacidad de hacer todos estos estudios
funcionales. Entonces igual caemos a respaldarnos en lo que este reportado en la literatura, ya que muchas
veces no tenemos la capacidad de hacer todos estos estudios funcionales.
Sobre la literatura, es importante recalcar que solamente los estudios funcionales nos van a ser de
utilidad; si solo reportaron que se encontraron cambios en la secuencia pero no se demuestra su funcionalidad,
no nos sirve de nada. Esto porque muchas veces las proteínas alteradas son de difícil manejo, lo que hace
complicado probar los supuestos cambios encontrados. La profesora dice que si ella encuentra un cambio no
reportado, ella lo pondría como "variante no reportada en la literatura; significado clínico desconocido." Por
esto es que es tan importante estar leyendo y mantenerse al día con los descubrimientos.
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MECANISMOS DE MUTACIÓN
La ADNpolimerasa y la ARNpolimerasa se equivocan, es decir tienen una tasa de mutación. Esta tasa de
mutación puede verse acelerada por diferentes agentes físicos, químicos o incluso microbiológicos. También
tenemos una cantidad de mecanismos de reparación del ADN que como nos dijo en la otra clase: si hay
mutaciones en los genes que codifican para estos mecanismos de reparación, vamos a tener una tasa de
mutación aumentada porque no se arreglan los errores que se producen.
Podemos clasificar las mutaciones de acuerdo a su producción en espontáneas e inducidas. Las
mutaciones espontáneas se producen naturalmente, como parte de la tasa de mutación: fisiológicamente
tenemos un número de mutaciones a nivel de la replicación o a nivel también de la transcripción. La inducidas
en cambio son causadas por agentes externos, ya sean físicos, químicos o microbiológicos. Entre estos están la
luz UV, el virus del Papiloma Humano, los plaguicidas, y el Benceno el cual puede producir Anemia Aplásica o
Leucemia Aguda.
Es importante recalcar que no hay bacterias que causen alteraciones directas en el ADN; el
Helicobacter pylori lo que produce es inflamación y recambio celular lo que aumenta la posibilidad de
mutaciones. Los parásitos tampoco afectan directamente el ADN. Los virus en cambio, si afectan directamente
el ADN, ya que al incorporarse al material genético de la célula produce un corte y puede llevarse el promotor
de un gen para replicarse el mismo; también se pueden incorporar y quedarse latentes, afectando el ADN de
una forma más pasiva.
Otro agente que produce mutaciones son las radiaciones. En estas están las radiaciones ionizantes, que
incluyen los rayos X, alfa, beta, gamma y la radiación nuclear. Estas pueden producir leucemia, ya que para que
se dé la leucemia se requiere un número mínimo de mutaciones. Esta es la misma razón por la que las
leucemias agudas son comunes en niños. Las radiaciones ionizantes provocan alteraciones de las bases
nitrogenadas y ruptura de enlaces fosfodiéster. Aparte de estas tenemos las radiaciones NO ionizantes como
los rayos UV. Estas promueven la formación de enlaces covalentes entre 2 pirimidinas continuas; la producción
de estos enlaces covalentes hace que cuando la ADNpolimerasa vaya a identificar esta región para producir el
ADN, al haber 2 pirimidinas pegadas, comete errores que van a progresar a las células hijas posteriormente.
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Entre las sustancias químicas tenemos el ácido nitroso (que produce una desaminación de las bases,
está en alimentos de conserva), la hidroxilamina (está en el humo de cigarrillo), y los agentes alquilantes( hay
muchos de estos en plaguicidas). Hay que recordar que toda molécula o agente que ocasione un cambio en la
molécula del ADN como tal potencialmente es mutagénico, y si es mutagénico puede ser potencialmente
carcinogénico e incluso puede tener un efecto teratogénico, dependiendo de las células que afecte. Debido a
esto uno debe de tener cuidado con los químicos y los medicamentos que utiliza, ya sea en el laboratorio o
afuera de este.
CLASIFICACIÓN DE LAS MUTACIONES
Podemos clasificar las mutaciones en 3 según: Localización, Consecuencias a nivel del fenotipo, y en el
mecanismo como se producen.
Por localización podemos tener mutaciones somáticas, que ocurren en tejido o célula somática y
generalmente estas no se van a heredar a la descendencia. Ocurre mucho en estas mutaciones que tengamos
pacientes con mosaicos, es decir que en el tejido afectado van a tener tanto células sanas como células que
presenten la mutación. Después tenemos las mutaciones a nivel de las células germinales; la importancia de
estas mutaciones es que se heredan a otras generaciones, y ahí es donde está la base de la evolución. También
podemos tener por localización mutaciones autosómicas, que son las que ocurren en los cromosomas
autosómicos, o mutaciones ligadas al X. Normalmente no se indican mutaciones ligadas al Y, porque las
alteraciones ligadas al Y se evidencian más fenotípicamente a nivel de gónadas y de la masculinización; no
obstante es importante saber que aunque generalmente no se mencionan, también existen mutaciones ligadas
al Y.
Por consecuencias a nivel del fenotipo podríamos tener mutaciones morfológicas, que nos llevan a una
afectación de órganos y tejidos que son observables, por ejemplo el síndrome de Bartter, el cual es una
afección autosómica recesiva en la cual se manifiestan lesiones a nivel tubular renal. Otra mutación que se
puede clasificar como morfológica es la trisomía 21, ya que esta produce afectación a nivel de corazón.
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También podemos clasificar las mutaciones en letales o deletéreas. Si son letales producirán la muerte; si son
deletéreas, van a producir esterilidad. Las mutaciones deletéreas son mutaciones que no van a permitir que
ese gen o ese alelo se mantenga en la población, principalmente por medio del mecanismo de esterilidad.
Luego están las mutaciones condicionales, las cuales dependen de las condiciones del ambiente para
que se expresen, un ejemplo es la hemoglobinuria paroxística nocturna que en exposición al frío produce una
hemólisis dependiendo de la temperatura a la que esté, en un ambiente cálido no genera hemólisis, pero si el
paciente viaja a regiones nórdicas de climas más fríos si va a presentar un cuadro agudo de la enfermedad.
Es importante recordar que aunque hay distintos tipos de mutaciones, no son excluyentes, es decir,
pueden presentarse varios tipos de mutaciones en un mismo individuo.
También existen mutaciones de tipo nutricionales o bioquímicas, que alteran por sí mismas funciones
bioquímicas (valga la redundancia) en el organismo del paciente. La mayoría de las enfermedades que se
detectan en el Programa Nacional de Tamizaje se deben a mutaciones de este tipo.
Por otra parte están las mutaciones de ganancia de función, asociadas principalmente a la aparición de
tumores, la angiogénesis y el crecimiento acelerado que se identifican en este caso son funciones que se ganan
debido al proceso neoplásico, no siempre es así en todo el organismo; y en contraparte están las mutaciones
de pérdida de función, por ejemplo como la fibrosis quística en la que hay pérdida de un canal específico
(CFTR) que genera la enfermedad.
Por último están las mutaciones según el mecanismo por el que se producen que pueden ser:
 Génicas: ocurren a nivel de los genes
 Cromosómicas: que implican un cromosoma como tal
 Genómicas: que implican todo el genoma
MUTACIONES GÉNICAS
Las mutaciones génicas que son en las que se profundiza un poco en la clase, son aquellas que son
estudiadas mediante la biología molecular, y en ella se observan las mutaciones específicas en la secuencia de
nucleótidos. Entre estas mutaciones se pueden tener:
 Cambios moleculares, como transiciones, transversiones, inserciones y deleciones
 Cambio o pérdida de función
 Mutaciones sinónimas o silenciosas
 Cambio en el marco de lectura
 Mutaciones neutras
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SUSTITUCIÓN
Implica el cambio de una base por otra, pero no se pierde ni se gana ADN. Si el cambio es de una purina
a otra purina, o bien de una pirimidina a otra pirimidina, este cambio se conoce como transición. Por el
contrario cuando el cambio es cruzado (pirimidina por una purina o viceversa) se conoce como una
transversión.
Generalmente las transiciones son más benignas que las transversiones, debido a que ante tal
intercambio no hay modificaciones en el tamaño de la molécula, sin embargo depende mucho de la posición
del codón en la que se dé el cambio. Normalmente una sustitución en el primer o segundo par de bases es más
trágica que si ocurre en el último par del codón, debido a que el este es más variable que los dos anteriores.
CAMBIO EN EL MARCO DE LECTURA
Por ejemplo esto sucede en el gen de la distrofina, en el que puede haber inserción o deleción de
bases, que mientras no se realice ese cambio en múltiplos de tres o en 3 bases, se modificará el marco de
lectura, pues recordemos que la traducción de genes se realiza de tres en tres bases (lectura de codones). Estas
mutaciones entonces pueden generar una inserción o una deleción de todo un aminoácido, lo cual puede tener
un efecto negativo en caso de que este cambio afecte la estructura terciaria o cuaternaria de la proteína o
incluso esa proteína pierda función al no poder unirse a un sustrato o pierda funciones específicas, como la
función ATPasa.
En la enfermedad de Duchenne por ejemplo, existen cambios que afectan y cambios que no afectan el
marco de lectura, en un fenotipo más grave de la enfermedad, el marco se afecta de tal manera que se
presenta la inserción de un codón de STOP prematuro. De hecho, los nuevos tratamientos contra esta
enfermedad se centran en generar un ARN que bloquee por así decirlo ese codón de STOP y permita que no se
modifique el cambio de lectura durante la traducción del gen, lo cual no cura al paciente de la enfermedad,
pero si al menos permite que no presente un fenotipo tan grave.
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MUTACIONES SINÓNIMAS O SILENCIOSAS
Son mutaciones en las que el cambio de bases no genera un cambio en el aminoácido que se lee, por
lo cual pueden pasar desapercibidas y no verse expresadas en el fenotipo, por lo que no sería una mutación, o
bien, ese cambio de igual manera podría generar un inadecuado funcionamiento de la estructura terciaria de la
proteína o bien que afecte indirectamente la traducción de otros genes aledaños.
Si observamos esta imagen, si por ejemplo se diera
un cambio en el primer codón de un Uracilo por
una Citosina, ocurre una mutación silenciosa, pues
igual se estaría codificando por una Fenilalanina.
Igualmente si vemos el primer codón de STOP UAA,
si el cambio en la última base es AG, igualmente
se llega a un codón de STOP
MUTACIONES NO SINÓNIMAS O DE CAMBIO DE SENTIDO
En el caso de las mutaciones de cambio de sentido o no sinónimas, es porque el cambio de
aminoácidos codifica para un aminoácido distinto. Volviendo al ejemplo anterior, en el primer recuadro si hay
un cambio en el codón UUU de tal manera que se modifique UA, en vez de codificar para Fenilalanina
codificaría para Leucina.
MUTACIONES SIN SENTIDO Y NEUTRALES
En este caso la mutación sin sentido desencadena un codón de STOP prematuro, mientras que tras las
mutaciones neutrales se codifica para un aminoácido distinto pero que comparte características con el que
debió codificarse, o bien, está en una ubicación que no es tan trascendental en la transcripción del gen.
“HOT SPOTS” DE MUTACIONES
Cuando se tiene un gen muy grande y no se puede analizar completo, a veces simplemente lo que se hace es
buscar mutaciones en esos “hot spots” para agilizar el proceso. Hay alguna modificación que ocurre en esa
secuencia que evita que las mutaciones se hagan al azar, en cualquier lugar de todos los exones, sino que más
bien se acumulan, lo cual podría deberse a:
 La forma de las curvaturas del ADN
 La ubicación en el núcleo de ese ADN
 La metilación que tengan esas regiones
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No se sabe a ciencia cierta cuál de estas hipótesis es la correcta, lo que sí se sabe es que definitivamente hay un
mecanismo especial por el cual aunque las mutaciones en un gen podrían estar distribuidas al azar en este, más
bien se encuentran aglomerados en regiones.
ENFERMEDADES ASOCIADAS CON LOS GENES DE REPARACIÓN
La mayoría son fenotipos tumorales o carcinogénicos, debido a que si tienen un papel en la reparación
del ADN y falla, lo que vamos a tener son células con acúmulos de mutaciones. En la mayoría de los casos estas
células salen de su ciclo, no responden a apoptosis, ni a otros estímulos y empieza una proliferación
descontrolada.
NOMENCLATURA DE MUTACIONES
Para empezar, normalmente la adenina del primer ATG (MetioninaCodón de inicio) es el nucleótido
1, luego hay que indicar si se habla de: ADNg (genómico), ADNc (complementario), ARNr (ribosomal) o ADNm
(mitocondrial).
En el caso de que fuera ADNc, en este no hay intrones, por lo que al colocar las mutaciones se debe
colocar el número del nucleótido e indicar el cambio que se está realizando, ya sea hacia adelante o hacia atrás
(esto no quedó muy claro, recomendamos revisarlo en los artículos).
En el caso del ADNg este si tiene exones e intrones, por lo que la nomenclatura toma en cuenta esta
morfología:
Tomando en cuenta este ejemplo, se puede
observar que hay 2 exones y un intrón en medio
de ambos. La nomenclatura de los nucleótidos se
da de tal forma que la Adenina del primer ATG
siempre será el nucléotido 1, y de ahí en adelante
se numera el resto de nucleótidos en ese exón de
manera consecutiva. Al llegar al intrón, ya que
algunos son muy grandes y no se estudian
completos, se utilizan numeraciones con base a
los exones que lo delimitan, siempre tomando en
cuenta que para un nucleótido cualquiera del
intrón el signo + ó - depende de si se encuentra
más cerca del exón uno o el exón 2.
Tomando el ejemplo de arriba, el último nucleótido del Exón 1 es una guanina, y es el nucleótido #80 de ese
exón, por lo que la guanina siguiente que ya es parte del intrón (recuerden que los nucleótidos en mayúscula
indican que son del exón y en minúscula que son del intrón) para realizar su ubicación se dice: 80+1, si por el
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contrario hablamos del nucleótido inmediatamente anterior al Exón 2, se utilizan números negativos y noten
como el primer nucleótido del segundo exón continúa con la numeración 1-80…, por lo que el primer
nucleótido es el 81 que es una citosina y si quiero ubicarme en la guanina inmediatamente anterior digo que
está en el 81-1. ¿Por qué sólo se utilizan o analizan regiones cercanas al empalme entre el exón y el intrón?
Debido a que en esa región donde ocurre el splicing es donde hay mayor tasa de mutación.
En un ejemplo en el que hay una mutación en el nucleótido 2 antes del segundo exón de la imagen anterior, la
nomenclatura completa sería:
SEGÚN EXONES
TIPO DE ADN
(g, c, m, ARNr)
NÚMERO DE
UBICACIÓN EN EL GEN
NUCLEÓTIDO
ORIGINAL
SIGNO
NUCLEÓTIDO
INTERCAMBIADO
g.
81-2
A
>
C
Otra manera de denominar esta mutación es de acuerdo a los intrones, lo que se hace es que en vez de colocar
el número de nucleótido del exón, se coloca un IVS y el número del intrón (1, 2, 3…). Para este caso específico,
únicamente hay un intrón, por lo que se denomina IVS1, y los nucleótidos que le pertenecen se denominan de
acuerdo a si están más hacia la izquierda o más hacia la derecha. A continuación el ejemplo de nomenclatura
según los intrones para el mismo ejemplo anterior.
SEGÚN INTRONES
TIPO DE ADN
(g, c, m, ARNr)
NÚMERO DE
UBICACIÓN EN EL GEN
NUCLEÓTIDO
ORIGINAL
SIGNO
NUCLEÓTIDO
INTERCAMBIADO
g.
IVS1-2
A
>
C
Luego debe indicarse si es en homocigosis o heterocigosis, pero eso se verá más adelante.
Transcrito por Karina Umaña y Raúl Vargas
[email protected] [email protected]
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