Programma di Tossicologia Genetica (6CFU) Biotecnologie Industriali Salute e Benessere (LM-8) 2021-2022
Docente: Prof. Pasquale Mosesso
1. Introduzione alla Mutagenesi Ambientale
Origine e storia della Mutagenesi Ambientale. Struttura ed organizzazione del materiale genetico. Definizione e classificazione delle mutazioni: Mutazioni geniche: sostituzione di basi, inserzioni, delezioni; reversione e soppressione; effetto fenotipico delle mutazioni geniche. Test di fluttuazione e mutazione spontanea nei batteri. Mutazioni cromosomiche: strutturali (aberrazioni cromosomiche) e numeriche (aneuploidia, poliploidia).
2. Alterazioni spontanee del DNA
Errori di incorporazione di basi durante la replicazione (errato appaiamento, tautomerizzazione) e meccanismo “proof-reading” per la correzione degli errori. Deaminazione delle basi, perdita spontanea delle basi e danno ossidativo al
DNA. Meccanismi molecolari di inserzione e delezione di basi.
3. Fattori ambientali che danneggiano il DNA
Mutageni fisici: Radiazioni elettromagnetiche ionizzanti (raggi X, raggi Ɣ, radiazioni da betatroni e sincrotoni), radiazioni corpuscolate (particelle α, ß, neutroni, ioni pesanti ecc.). Radiazioni elettromagnetiche non-ionizzanti (UV-A, UV-B, UV-C); UV ed ozono. Campi elettromagnetici (microonde, HF, ELF ecc.). Azione diretta ed indiretta delle radiazioni ionizzanti sul DNA e meccanismo di induzione S-indipendente delle aberrazioni cromosomiche. Mutageni chimici: agenti chimici diretti ed indiretti (attivazione metabolica); agenti alchilanti; inquinanti atmosferici cittadini (scarichi delle automobili, ossidi di zolfo ed azoto, idrocarburi policiclici aromatici, formaldeide, asbesto); additivi e e contaminanti degli alimenti (aflatossine, nitrosammine, ammine eterocicliche, fenoli di origine vegetale, ecc.); agenti terapeutici (mitomicina-C, bleomicina, mostarde azotate, inibitori delle DNA-topoisomerasi I e II, citostatici); pesticidi. Meccanismo S-dipendente degli agenti mutageni chimici. Mutageni biologici: agenti patogeni microbici e virali; elementi trasponibili).
4. Sistemi di difesa e risposte cellulari al danno al DNA
Sistemi di difesa antiossidanti e non (superossido dismutasi, catalasi, perossidasi, α-tocoferolo, vitamina-C, carotenoidi, flavonoidi, polifenoli ecc.). Sistemi di detossificazione da xenobiotici: (Citocromo p-450, ossidasi a funzione mista, reazioni di coniugazione); Sistemi di riparazione del danno al DNA: fotoliasi, alchiltransferasi, “nucleotide excision repair” (NER), “base excision repair (BER), “mismatch repair” (MMR), “SOS” repair, riparazione ricombinazionale; riparazione delle rotture a doppio filamento (HR e NHEJR); riparazione delle rotture a singolo filamento (SSB); attivazione dei “checkpoints” cellulari in risposta al danno al DNA e ripristino delle condizioni selvatiche, induzione di mutazioni, apoptosi ed instabilità genomica.
5. Effetto fenotipico delle mutazioni somatiche e germinali
Mutazione e cancro (attivazione di protooncogeni e geni soppressori dei tumori); Mutazione e invecchiamento cellulare; mutazioni e malattie genetiche (sindrome di Down, Klinefelter, Edwards, Xeroderma pigmentosum, Ataxia telangiectasia, sindrome di Bloom ecc.).
6. Strumenti di rilevamento dell’attività mutagena
Saggi di mutagenesi in vitro: Test di mutazione genica nei batteri (test di reversione in Salmonella typhimurium o test di Ames); Test di mutazione genica in cellule di mammifero (loci HPRT e TK); Test citogenetici in cellule di mammifero (aberrazioni cromosomiche, SCE, micronuclei).

Saggi di mutagenesi in vivo: Test di mutazione cromosomica in cellule somatiche (analisi di cellule in metafase); Test del micronucleo negli eritrociti di roditori; Test della cometa; Analisi della mutazione genica in animali transgenici; Analisi della mutazione genica nel locus «Pig-a».
7. Biomonitoraggio di popolazioni umane
Valutazione dei biomarcatori di esposizione (determinazione di mutageni nei metaboliti o nei prodotti di escrezione nel sangue, nelle urine o in altri tessuti; determinazione degli addotti alle proteine o al DNA; Valutazione dei biomarcatori di effetto: Cambiamenti citogenetici (aberrazioni cromosomiche, micronuclei, aneuploidia) nei linfociti di sangue periferico e/o nelle cellule della mucosa boccale; Valutazione dei biomarcatori di suscettibilità: Diversa capacità riparativa nei diversi individui; Polimorfismi di enzimi del metabolismo.

8. Valutazione e regolamentazione del rischio mutageno
Strategie di saggio e predizione degli effetti (somatici) cancerogeni e genetici in seguito ad esposizione ad agenti genotossici; identificazione di valori di esposizione “soglia”; Aspetti legislativi.

9. Esercitazioni in laboratorio:
Valutazione di composti di interesse (scelti dagli studenti) nei seguenti test di mutagenesi:
• Test di mutazione genica in S. typhimurium (test di Ames);
• Analisi delle aberrazioni cromosomiche e scambi tra cromatidi fratelli (SCE’s) in cellule di mammifero in vitro;
• Analisi del danno primario al DNA in linfociti umani valutato con il test della “Cometa”.

10. Testi consigliati:
Migliore L. “Genomica e Mutagenesi Ambientale”. Zanichelli, Bologna, 2018;
Testi aggiuntivi (disponibili in biblioteca):
A.P. LI “Genetic Toxicology” CRC Press, 1990;
D.H. Phillips and S. Venitt “Environmental Mutagenesis” Bios Scientific Publisher Ltd., Oxford, UK.
R.H. Burdon “Genes and Environment” Taylor and Francis Eds. 1999.