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Pourcentage de mutations causées par les radiations ?


Considérons un gamète chez un être humain typique. Pour être précis, disons que nous parlons d'un ovule typique chez une femme typique de la classe moyenne vivant dans un pays développé. Quel pourcentage, en moyenne, des mutations du génome de cet ovule aura été causé par le rayonnement électromagnétique ?


Vous pouvez utiliser la fréquence des dimères thymine-thymine pour extrapoler le taux de dommages induits par les UV. Cela a été étudié mais je n'ai pas pu trouver d'article sur les lignées cellulaires humaines. Il semble que différentes lignées cellulaires aient des sensibilités différentes aux dimères thymine-thymine. La majorité des mutations de l'ADN chez les personnes en bonne santé proviennent de sources endogènes et non de rayonnements. La recombinaison pendant la fécondation peut également contribuer de manière significative aux changements de séquence d'ADN. Wikipedia décompose bien certaines des différentes sources de mutation.

Les manifestations de mutations provenant de sources endogènes sont mesurables car nos corps deviennent génétiquement plus chimériques avec le temps. Certaines régions de notre corps deviennent sensibles aux maladies, en grande partie à cause d'erreurs dans la réparation et la réplication de l'ADN, sans lien avec l'agression électromagnétique.

Les dommages dus au rayonnement UV, comme la création d'un dimère thymine-thymine, peuvent être facilement réparés par l'excision et le remplacement de la base. Pendant que l'ADN se divise, il est coupé plusieurs fois pour permettre à la molécule de se dérouler. Les cassures simple brin résultant de dommages à l'ADN ont des mécanismes de réparation robustes. Par exemple, lorsqu'un dimère thymine-thymine est excisé ou qu'une cassure simple brin est introduite d'une autre manière, la reconnaissance enzymatique rend possible l'identification d'une matrice pour la réparation. Il est également très improbable dans une cassure simple brin qu'une autre cassure se produise au même endroit, diminuant l'effet de mutation des UV.

Les cassures double brin et les erreurs dans la réplication de l'ADN sont intrinsèquement plus permanentes car une base substituée est chimiquement indiscernable de toute autre du même type. Une grande partie de la nouvelle information génétique introduite dans tout génome de mammifère provient de sources endogènes, et non de l'environnement.

  1. Taux d'erreur de l'ADN polymérase humaine
  2. La désamination est un contributeur majeur au taux de mutation

Comment le rayonnement UV provoque des mutations de l'ADN

Nous savons tous que nous sommes censés mettre de la crème solaire pendant les mois d'été pour nous protéger du cancer de la peau, et le lien entre l'exposition au soleil et le cancer est bien documenté (Koh et al., 1996 Armstrong et Cust, 2017). Les rayons UV-A et UV-B du soleil interagissent avec l'ADN de notre peau et peuvent provoquer des mutations pouvant conduire au cancer.

Comprendre comment les UV provoquent des mutations est important pour comprendre les mécanismes sous-jacents au cancer de la peau, mais aussi pour comprendre les effets néfastes que la lumière UV peut avoir sur nos expériences basées sur l'ADN. Dans les cellules, les mécanismes de réparation de l'ADN peuvent réparer les bases endommagées par les UV, mais dans les plasmides purifiés, de tels mécanismes n'existent pas, et les dommages UV non réparés peuvent nuire au succès des applications en aval.

Dans cet article, nous décrivons ce que vous devez savoir sur la lumière UV et deux mécanismes par lesquels elle peut provoquer des mutations : les mutations dimérisantes et les mutations oxydatives.


Mutations causées par des cassures double brin induites par le rayonnement γ dans un plasmide navette répliqué dans des lymphoblastes humains

La mutagénicité de l'ADN circulaire ouvert (contenant des dommages de base et des cassures simple brin) et de l'ADN linéaire (contenant des dommages de base, des cassures simple brin et une cassure double brin) produit in vitro par irradiation y du vecteur navette pZ189, a été analysé après la réparation et la réplication du plasmide dans la lignée lymphoblastique humaine, GM606. En comparant la survie, la fréquence des mutations et les types de mutations chez les descendants des deux formes d'ADN, les effets de la rupture double brin ont été déterminés. Le pourcentage de plasmides viables provenant de l'ADN linéaire était deux fois inférieur à celui de l'ADN circulaire ouvert, 7,8 contre 14,0 (par rapport à l'ADN témoin non irradié). La fréquence de mutation dans les descendances du plasmide à cercle ouvert était de 4,2 ± 1,7 × 10 -3 , contre 7,8 ± 0,1 × 10 -3 dans les descendances de l'ADN linéaire, encore une fois, près de deux plier la différence. Environ 59 % des mutations de l'ADN linéaire étaient des délétions et 34 % étaient des substitutions de bases. En revanche, seulement 13% des mutations de l'ADN à cercle ouvert étaient des délétions, mais 87% étaient des substitutions de bases. Toutes les délétions récupérables étaient petites, allant de 1 à 205 paires de bases, et la majorité contenait des répétitions directes aux jonctions de délétion, indiquant des recombinaisons non homologues. Ainsi, les mutations trouvées parmi les descendants des ADN linéaires et circulaires ouverts étaient qualitativement similaires mais quantitativement différentes. Les données suggèrent que la production d'une cassure double brin dans l'ADN par rayonnement ionisant provoque une augmentation du double de la létalité et de la fréquence des mutations.


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Dans une version quelque peu simplifiée : le rayonnement endommage l'ADN (et certains autres composants) des cellules avec lesquelles il entre en contact. Cela interfère avec la capacité des cellules à se diviser entre autres - un processus crucial pour la viabilité d'un organisme - et provoque la dégénérescence des cellules. Si la dose de rayonnement reçue est inférieure à un certain seuil, cependant, la cellule peut survivre et, par conséquent, répliquer son matériel génétique (maintenant défectueux). Cela se manifeste généralement par une forme de croissance anormale (= cancer) chez la personne recevant immédiatement le rayonnement. Cependant, étant donné que votre ADN (ou plus précisément, l'ADN de vos spermatozoïdes/ovules) est utilisé comme modèle pour votre progéniture, ces dommages sont très héréditaires, en supposant que vos organes reproducteurs ont reçu une dose suffisante de rayonnement. En conséquence, la progéniture est maintenant susceptible de naître avec (ou de développer) une variété de mutations.

Habituellement, au cours de plusieurs générations, l'étendue des mutations est diminuée, en supposant qu'un afflux constant d'ADN sain provenant d'individus non affectés « éclaircit » lentement la part d'ADN endommagé dans la population. Cela suppose l'existence d'individus non touchés sur la planète et la fin de la contamination, bien sûr. Cependant, si à peu près tout le monde devait subir une sorte de dommage à l'ADN, les mutations varieraient très probablement quelque peu avec chaque génération, en raison du fait que l'étendue et le type de mutations de chaque individu (et donc leur combinaison) sont généralement uniques. et soumis au hasard. Ou, en termes simples : vous n'auriez probablement pas tout un pays/une planète pleine de personnes aux yeux rouges, chauves ou quelque chose comme ça, mais vous pourriez avoir tout un pays/une planète de personnes avec une variété de troubles génétiques et de mutations, qui persistent ( bien que dans des variations) sur de longues périodes de temps.

Edit: Suppression de l'exemple, n'était pas vraiment utile.

Les mutations peuvent être acquises ou héréditaires. Les mutations acquises sont des modifications des cellules au cours de la vie et ne sont pas transmises à la progéniture.

Des mutations héréditaires sont présentes dans l'ovule ou les spermatozoïdes des parents et se retrouvent dans l'ADN de chaque cellule de l'enfant. La mutation peut ou non être exprimée dans l'organisme, car l'allèle muté (morceau d'ADN) peut être dominant ou récessif.

Un très faible pourcentage de mutations génétiques aléatoires causées par des produits chimiques ou des radiations ont un effet significatif. Il faut des milliers d'échecs pour une seule modification fonctionnelle dans le gène. Imaginez ouvrir un fichier texte contenant un manuel d'instructions pour la machine à laver, taper quelques caractères aléatoires ici et là, et obtenir un mystère de meurtre en conséquence. Il serait même assez difficile d'obtenir un manuel pour différentes machines à laver.

Il est peu probable que la propagation de produits chimiques dans l'environnement se manifeste sous forme de cheveux roses ou de super-pouvoirs dans la progéniture. La maladie, l'infertilité et la mort sont des résultats plus probables.

Une méthode plus précise doit être utilisée pour introduire des traits physiques spécifiques à la progéniture, quelque chose comme un virus altérant les gènes peut-être.


Pourcentage de mutations causées par les radiations ? - La biologie

Résumé de l'article:

Auteurs: Satish Kumar, Vikas Gupta et Chandra Nath Mishra
ICAR-Institut indien de recherche sur le blé et l'orge, Karnal-132001 Haryana

La mutation est un changement héréditaire soudain d'une caractéristique d'un organisme. Les mutations produites par des changements dans les séquences de bases des gènes sont appelées mutations géniques ou ponctuelles. Le terme mutations a été introduit par Hugo de Vries en 1900.

Les mutations se produisent dans les populations naturelles (sans aucun traitement par l'homme) à un faible taux. Celles-ci sont appelées mutations spontanées. La fréquence des mutations naturelles est généralement d'un lac sur dix.

Des mutations peuvent être induites artificiellement par un traitement avec certains agents physiques ou chimiques. De telles mutations sont appelées mutations induites et les agents utilisés pour les produire sont appelés mutagènes. L'utilisation de mutations induites pour l'amélioration des cultures est connue sous le nom de sélection par mutation. Les mutations induites ont un grand avantage sur les mutations spontanées, elles se produisent à une fréquence relativement plus élevée de sorte qu'il est pratique de travailler avec elles.

Caractéristiques des mutations

1. Les mutations sont généralement récessives, mais des mutations dominantes se produisent également.
2. Les mutations sont généralement nocives pour l'organisme, mais une faible proportion (0,1 %) d'entre elles est bénéfique.
3. Les mutations sont aléatoires, c'est-à-dire qu'elles peuvent survenir dans n'importe quel gène. Cependant, certains gènes présentent un taux de mutations plus élevé que d'autres.
4. Les mutations sont récurrentes, c'est-à-dire que les mêmes mutations peuvent se produire encore et encore.
5. Les mutations induites montrent généralement une pléiotropie, souvent due à des mutations dans des gènes étroitement liés.

Mutagène
Les agents utilisés pour l'induction de mutations sont appelés mutagènes. Les mutagènes sont classés en deux groupes, les mutagènes physiques et chimiques.

Mutagène physique

Les mutations induisant des radiations sont de deux sortes.

je. Rayonnement ionisant
ii. Rayonnement non ionisant.

Les rayons alpha, bêta et gamma des substances radioactives, les neutrons et les rayons X sont des exemples de rayonnement ionisant. Lorsque les rayonnements ionisants traversent la matière, les atomes en absorbent l'énergie et perdent des électrons. Lorsqu'un atome devient ionisé, la molécule dont il fait partie subit un changement chimique. Si la molécule est un gène et si ce gène modifié reproduit son nouveau modèle, le résultat du changement est une mutation.

Rayonnement non ionisant

Lorsque les composés absorbent l'énergie des rayonnements non ionisants, leurs électrons sont élevés à des niveaux d'énergie plus élevés (excitation). Il en résulte une réactivité accrue des molécules affectées conduisant à des mutations.

Le seul rayonnement non ionisant capable d'induire des mutations est la lumière ultraviolette. Le rayonnement U-V peut être obtenu à partir d'une lampe à vapeur de mercure. Les rayons U V ont des longueurs d'onde beaucoup plus longues (environ 2500 Angströms)

1. Agents d'alkylation - par exemple, EMS (Ethyl Methane Sulphonate) MMS (Methyl Methane Sulphonate)
2. Colorants à l'acridine, par exemple, bromure d'éthidium, acriflavine proflavine
3. Analogique de base - par ex. 5 Bromouracile, 5 - Chlorouracil
4. Autres - par exemple, l'acide nitreux, l'hydroxylamine, l'azoture de sodium.

Le jardin gamma de l'Institut indien de recherche agricole, à New Delhi, est une parcelle de trois acres. Au centre de ce champ se trouve une importante source de cobalt radioactif (CO 60) et les plantes en pots sont maintenues à des distances variables de la source, irradiées et étudiées. Il est utilisé pour irradier des plantes entières au cours de différentes étapes et pour des durées variables.

Les rayons gamma ont une longueur d'onde plus courte que les rayons X et sont donc pénétrants. Les rayons gamma sont généralement mesurés en termes d'unités Roentgen (r).

Le traitement d'un matériel biologique avec un mutagène afin d'induire des mutations est connu sous le nom de mutagenèse. L'exposition d'un matériel biologique à un rayonnement (rayons X, rayons gamma, etc.) est appelée irradiation.

Partie de la plante à traiter

Les graines, les grains de pollen ou les propagules végétatives (bourgeons et boutures) peuvent être utilisés pour la mutagenèse. Les mutagènes chimiques sont mieux utilisés avec les graines.

Les traitements mutagènes réduisent la germination, le taux de croissance, la vigueur et la fertilité (pollen ainsi que ovule). Une dose optimale dans le qui produit la fréquence maximale de mutations et provoque la mort minimale. DL 50 dans cette dose d'un mutagène qui tuerait 50 pour cent des individus traités. La valeur DL 50 varie selon l'espèce cultivée et le mutagène utilisé. Une expérience préliminaire est généralement menée pour déterminer la dose de mutagène appropriée. La dose du mutagène peut être modifiée en faisant varier l'intensité ou la durée du traitement. L'intensité dans le cas des mutagènes chimiques peut être modifiée en changeant la concentration des mutagènes.

La partie de plante sélectionnée est exposée à la dose de mutagène souhaitée. Dans le cas des mutagènes chimiques, les graines sont généralement prétrempées pendant quelques heures, pour initier des activités métaboliques, exposées au mutagène souhaité puis lavées à l'eau courante du robinet pour éliminer le mutagène présent en elles. Les graines traitées sont immédiatement plantées au champ pour élever la génération M1. M2, M3, M4 etc. sont les générations suivantes dérivées des plantes M1, M2, M3, etc., par autofécondation.


À propos de l'auteur / Informations supplémentaires :
Je travaille en tant que scientifique à l'ICAR - Institut indien du blé et de l'orge Karnal, Haryana sous ICAR, New Delhi.

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Comment les mutations peuvent-elles être induites ? | La biologie

Des mutations peuvent être induites par de nombreux agents appelés mutagènes. Il peut s'agir de mutagènes chimiques et de radiations, par exemple des rayons X, des rayons Y et des rayons UV.

Courtoisie d'image : iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg

Des mutations sont créées au niveau moléculaire en modifiant la base des nucléotides. Les alternances sont créées par :

(a) Suppression de base (b) Inversion de base (c) Inversion de bases et (d) remplacement de paires de bases.

Le remplacement de la paire de bases a lieu pendant la réplication de l'ADN sans casser l'ADN. Il peut être de deux types. (Fig. 40.15)

La purine est remplacée par une autre purine ou la pyrimidine est remplacée par une autre pyrimidine.

La purine est remplacée par la pyrimidine.

La découverte des effets mutagènes produits par divers types de radiations a été montrée pour la première fois en tant que sonde expérimentale pour la structure et la fonction du gène de la changine. Il était très difficile de distinguer les effets directs ou indirects de l'irradiation et d'analyser la nature exacte des composés biochimiques produits. Les mutagènes chimiques sont plus efficaces et leurs résultats sont caractérisés.

Thomas et Steinberg ont découvert que l'acide nitreux causait une mutation efficace chez Aspergillus. Auerbach et Robson ont découvert que des mutations peuvent être induites par l'azote et le soufre gazeux chez la drosophile. Des activités mutagènes dans le formaldéhyde, le sulfate de diéthyle, le diazométhane, etc., sont découvertes par Rapoport. Les mutagènes chimiques provoquent de graves irritations cutanées chez les mammifères et peuvent également provoquer le cancer.

Il existe des produits chimiques qui affectent certains organismes mais pas d'autres. Watson et Crick ont ​​été les premiers à suggérer que la mutation pourrait se produire à la suite de changements occasionnels dans la liaison hydrogène des bases nucléotidiques, par exemple, l'adénine porte normalement un NH2 groupe (amino) fournissant un atome d'hydrogène pour la liaison avec le groupe céto complémentaire (C = O) de la thymine. Dans un décalage tautomère, le groupe amino est changé en groupe amino (NH). Cette base se lie maintenant à la cytosine (au lieu de la thymine). Dans la thymine, le passage tautomère de la forme céto à la forme énol (COH) lui permet de se lier à la guanine (au lieu de l'adénine) (Fig. 40.16).

Si le décalage tautomère produit l'erreur, il est nécessaire que la réplication de l'ADN ait lieu.

Une substance chimique ressemblant à une base est appelée analogue de base. Il peut être incorporé dans l'ADN nouvellement synthétisé au lieu d'une base normale. L'analogue de pyrimidine 5-bromouracil (5-BU) est structurellement similaire à la thymine. Le 5-chlorouracile (5 CU) et le 5 iodouracil (5 UI) peuvent également remplacer la thymine dans l'ADN. La 2-amino purine (2 AP) est incorporée en très faible quantité qu'il n'a pas été possible de savoir quelle base elle remplace. 2, 6 diamino purine est hautement mutagène. Le 5-bromouracile peut s'apparier à l'adénine tout comme la thymine (Fig. 40.17).

Le 5-bromouracil (5-BU) et la bromodésoxyuridine (BUdR) sont des analogues de la thymine qui sont des formes céto mais peuvent subir des déplacements tautomères, ils sont sous forme énol et s'apparient à la Guanine (G) au lieu de l'Adénine (A) (Fig. 40.18). Le 5-BU produit une substitution G-C pour l'A-T d'origine, ou il peut occasionnellement être incorporé dans la forme énol en tant que partenaire d'appariement avec la guanine, puis revenir à sa forme céto pour produire une substitution A-T pour le G-C d'origine. Lawley et Brookes ont suggéré que le mauvais appariement peut être causé par l'ionisation des bases plutôt que par des déplacements tautomères. Dans ce mécanisme, une base, par exemple 5-BU, perd l'hydrogène normalement associé à ses 3 atomes d'azote (Fig. 40.19 A, B) et peut maintenant s'apparier avec la guanine (G).

L'analogue de base 2 amino purine (2 AP) présente des propriétés mutationnelles lui permettant d'être incorporé en remplacement de l'adénine mais de s'apparier ultérieurement à la cytosine, ou de s'apparier initialement à la cytosine puis à la thymine. L'incorporation d'AP à la place de la guanine (G) pour donner la paire de bases AP-C provoquera une mutation dans la génération suivante.

Une erreur de réplication après incorporation de 2-AP conduit à la formation de paires de bases AP-T induisant une transition.

Agents modifiant les purines et les pyrmidines :

Les agents modifiant les purines et les pyrimidines ou les agents stabilisant les bases comprennent le protoxyde d'azote (HNO2), l'hydroxylamine et les agents alkylants.

Il réagit avec les bases contenant des groupes amino. Il modifie la structure par désamination (élimination du groupe amino). Le groupe amino (NH2) est remplacé par un groupe hydroxyle (OH – ). L'acide nitreux désamine, les bases, G, C et A avec une fréquence décroissante. La désamination de l'adénine entraîne la formation d'hypoxanthine (Fig. 40.20). L'hypoxanthine s'apparie à la cytosine au lieu de la thymine. Ainsi, l'appariement A-T est remplacé par des paires G-C.

La désamination de la cytosine en position 6 entraîne la formation d'uracile (U) (Fig. 40.21) et l'appariement de C-G au lieu de U-A est formé. La guanine se désamine en xanthine. La xanthine se comporte comme la guanine et s'apparie avec la cytosine, l'appariement est X-C au lieu de G-C. La désamination de la guanine n'a pas d'effet mutagène (Fig. 40.22). Le changement d'appariement des bases entraîne un changement d'ADN dans la descendance à 50 %. Désamination de la gaunine, ne montre aucune mutation héréditaire.

Tableau : 40.1. Le changement de comportement structurel et d'appariement de l'ADN dû à la désamination par le protoxyde d'azote :

Base normale Appariement normal Base désaminée Nouvelle paire
Adénine À Hypoxanthine G-C
Cytosine C-G uracile U-A
Guanine G-C Xanthine X-C

Il réagit avec la cytosine et la guanine, l'hydroxylation de la cytosine au niveau du groupe amino forme l'hydroxylcytosine qui s'apparie avec l'adénine car le groupe amino hydroxyle devrait être plus électronégatif que le groupe amino. La molécule hydroxylée est sous forme tautomère ayant un atome d'hydrogène à la place de l'azote en position 3. L'effet de l'hydroxylamine sur ‘C’ produit une transition dans l'appariement des bases (Fig. 40.23)

Hydrazine (NH2NH2) brise les anneaux de l'uracile et la cytosine forme la pyrazolone et le 3-aminopyrasole. Lorsque l'ADN est traité avec de l'hydrazine, il produit de l'acide “apyrimidinique”. Alors que lorsque l'ARN est traité avec de l'hydrazine, il produit de l'acide “ribo-apyrimidinique”.

De nombreux agents mutagènes portent un ou plusieurs groupes alkyle. Ceux-ci sont appelés agents alkylants mono-, bi- ou polyfonctionnels, par exemple, le sulfate de diméthyle (DES), le sulfate de diméthyle (MMS), l'éthyléthane sulfonate (DMS), le méthyl méthane sulfonate (EES) et l'éthyl méthane sulfonate (EMS), etc. Tous agissent comme des groupes monofonctionnels.

Agents produisant une distorsion dans l'ADN:

La proflavine et l'orange d'acridine sont deux colorants fluorescents importants qui provoquent des mutations par insertion ou suppression de bases. L'attachement direct de ces colorants à l'acide nucléique provoque une mutation.

Parmi les mutagènes physiques, les radiations sont les plus importantes. Ils ont un effet direct sur les chromosomes. Ils peuvent casser directement le chromosome ou altérer les bases de l'ADN. Si les chromosomes en prophase méiotique reçoivent un rayonnement, la fréquence des mutants par organisme viable augmente linéairement avec la dose. Ressovsky et al (1935) ont suggéré une théorie de la cible indiquant qu'un seul coup de la particule (rayonnement) sur la cible (matériel génétique) l'inactive ou la mute. Le rayonnement peut agir par la production d'un produit chimique.

La fréquence des aberrations chromosomiques simples, par exemple la délétion, est proposée en fonction de la dose de rayonnement (Fig. 40.24). O faible2 la concentration réduit la fréquence des cassures chromosomiques induites par les radiations.

L'effet de l'oxygène est également appelé anoxie. Rayonnement en présence de 02 forme des radicaux peroxydes qui influencent la fréquence des cassures et des mutations. L'ionisation de l'eau dans les cellules peut donner des radicaux libres et du peroxyde d'hydrogène

Le contenu énergétique d'un rayonnement dépend de sa longueur d'onde. Plus la longueur d'onde est courte, plus la valeur énergétique d'un rayonnement est élevée. Les rayonnements de haute énergie peuvent modifier la structure atomique d'une substance en provoquant la perte d'un électron et la formation d'un ion. Les alternances d'acide nucléique provoquées par les radiations sont d'une grande importance. Les rayonnements ionisants de haute énergie et la lumière ultraviolette sont des agents mutagènes.

L'ADN et l'ARN absorbent la lumière UV, ce qui entraîne des radicaux libres hautement réactifs dans les bases contenant de l'azote. L'instabilité provoque la transition. Si de tels changements se produisent dans l'ARN/w, seules quelques protéines inactives se forment en substitution dans l'ADN ont un effet durable produisant une protéine défectueuse. La lumière UV produit des dimères de thymine (Fig. 40.25). 5, 6 liaisons insaturées des pyrimidines adjacentes deviennent liées de manière covalente et forment un cycle cyclobutance. Trois types possibles de dimères de pyrimidine dans l'ADN se trouvent dans la culture bactérienne irradiée.

Dans l'ARN, des dimères de pyrimidine sont formés entre le cycle uracile et cytosine adjacent. Ces dimères ne peuvent pas s'insérer dans la double hélice d'ADN provoquant une distorsion des molécules d'ADN. Si ces dommages ne sont pas réparés, la réplication est bloquée et elle est mortelle. L'exonucléase reconnaît la région déformée et la corrige. L'ADN polymérase insère les bases correctes dans l'espace et les ADN ligases rejoignent la base insérée.

Le rayonnement UV ajoute des molécules d'eau aux pyrimidines de l'ADN ainsi que de l'ARN, ce qui donne des photohydrates (Fig. 40.26).

Les rayons X provoquent une mutation en brisant la liaison ester phosphate dans l'ADN en un ou plusieurs points, provoquant un grand nombre de délétions de bases ou de réarrangements. Dans l'ADN double brin, des cassures peuvent se produire dans l'un des brins ou dans les deux. S'il se trouve dans les deux brins, il est mortel. Parfois, deux cassures double brin peuvent se produire dans la même molécule et les deux extrémités cassées peuvent se rejoindre. La partie de l'ADN entre les deux cassures est éliminée, ce qui entraîne une délétion.

La mutation induite par les UV découverte par Kelner et al montre que l'effet UV peut être inversé en exposant les cellules à une lumière visible contenant une longueur d'onde dans la région bleue du spectre. C'est ce qu'on appelle la réactivation de la photo. Il a été observé chez les bactéries et les bactériophages. Elle est causée par en2yme qui divise les dimères de thymine et répare la molécule d'ADN. Lorsque le système de réparation de l'ADN est absent chez l'homme, le xeroderma pigmentosum apparaît chez les patients sensibles à la lumière du soleil.


Des équipes de recherche internationales explorent les effets génétiques du rayonnement de Tchernobyl

Les chercheurs ont utilisé la technologie de séquençage de l'ADN pour explorer des questions scientifiques sur les effets des rayonnements de la catastrophe nucléaire de Tchernobyl sur la santé humaine.

Dans deux études marquantes, les chercheurs ont utilisé des outils génomiques de pointe pour étudier les effets potentiels sur la santé de l'exposition aux rayonnements ionisants, un cancérogène connu, lors de l'accident de 1986 à la centrale nucléaire de Tchernobyl, dans le nord de l'Ukraine. Une étude n'a trouvé aucune preuve que l'exposition aux rayonnements des parents entraînait la transmission de nouveaux changements génétiques du parent à l'enfant. La deuxième étude a documenté les changements génétiques dans les tumeurs des personnes qui ont développé un cancer de la thyroïde après avoir été exposées pendant leur enfance ou leur fœtus aux radiations libérées par l'accident.

Les résultats, publiés autour du 35e anniversaire de la catastrophe, proviennent d'équipes internationales d'enquêteurs dirigées par des chercheurs du National Cancer Institute (NCI), qui fait partie des National Institutes of Health. Les études ont été publiées en ligne dans Science le 22 avril.

"Des questions scientifiques sur les effets des radiations sur la santé humaine ont été étudiées depuis les bombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasaki et ont été soulevées à nouveau par Tchernobyl et par l'accident nucléaire qui a suivi le tsunami à Fukushima, au Japon", a déclaré Stephen J. Chanock, MD, directeur de la Division de l'épidémiologie et de la génétique du cancer (DCEG) du NCI. "Ces dernières années, les progrès de la technologie de séquençage de l'ADN nous ont permis de commencer à aborder certaines des questions importantes, en partie grâce à des analyses génomiques complètes menées dans le cadre d'études épidémiologiques bien conçues."

L'accident de Tchernobyl a exposé des millions de personnes dans la région environnante à des contaminants radioactifs. Des études ont fourni une grande partie des connaissances actuelles sur les cancers causés par les expositions aux rayonnements provenant d'accidents de centrales nucléaires. La nouvelle recherche s'appuie sur cette base en utilisant le séquençage de l'ADN de nouvelle génération et d'autres outils de caractérisation génomique pour analyser des échantillons biologiques de personnes en Ukraine qui ont été touchées par la catastrophe.

La première étude a examiné la question de longue date de savoir si l'exposition aux rayonnements entraîne des modifications génétiques pouvant être transmises des parents à la progéniture, comme l'ont suggéré certaines études chez l'animal. Pour répondre à cette question, le Dr Chanock et ses collègues ont analysé les génomes complets de 130 personnes nées entre 1987 et 2002 et de leurs 105 paires mère-père.

L'un des parents ou les deux avaient été des travailleurs qui avaient aidé à nettoyer après l'accident ou avaient été évacués parce qu'ils vivaient à proximité du lieu de l'accident. Chaque parent a été évalué pour une exposition prolongée aux rayonnements ionisants, qui peut s'être produite par la consommation de lait contaminé (c'est-à-dire du lait de vaches qui paissaient sur des pâturages qui avaient été contaminés par des retombées radioactives). Les mères et les pères ont subi une gamme de doses de rayonnement.

Les chercheurs ont analysé les génomes d'enfants adultes pour une augmentation d'un type particulier de changement génétique héréditaire connu sous le nom de mutations de novo. Les mutations de novo sont des modifications génétiques qui surviennent de manière aléatoire dans les gamètes d'une personne (sperme et ovule) et peuvent être transmises à leur progéniture mais ne sont pas observées chez les parents.

Pour la gamme d'expositions aux rayonnements subies par les parents dans l'étude, il n'y avait aucune preuve des données de séquençage du génome entier d'une augmentation du nombre ou des types de mutations de novo chez leurs enfants nés entre 46 semaines et 15 ans après l'accident . Le nombre de mutations de novo observées chez ces enfants était très similaire à celui de la population générale avec des caractéristiques comparables. En conséquence, les résultats suggèrent que l'exposition aux rayonnements ionisants de l'accident a eu un impact minime, voire inexistant, sur la santé de la génération suivante.

"Nous considérons ces résultats comme très rassurants pour les personnes qui vivaient à Fukushima au moment de l'accident en 2011", a déclaré le Dr Chanock. "Les doses de rayonnement au Japon sont connues pour avoir été inférieures à celles enregistrées à Tchernobyl."

Dans la deuxième étude, les chercheurs ont utilisé le séquençage de nouvelle génération pour profiler les modifications génétiques des cancers de la thyroïde qui se sont développées chez 359 personnes exposées dans leur enfance ou in utero aux rayonnements ionisants de l'iode radioactif (I-131) libéré par l'accident nucléaire de Tchernobyl et dans 81 personnes non exposées nées plus de neuf mois après l'accident. Le risque accru de cancer de la thyroïde a été l'un des effets néfastes sur la santé les plus importants observés après l'accident.

L'énergie des rayonnements ionisants brise les liaisons chimiques de l'ADN, ce qui entraîne un certain nombre de types de dommages différents. La nouvelle étude met en évidence l'importance d'un type particulier de dommages à l'ADN qui implique des ruptures des deux brins d'ADN dans les tumeurs thyroïdiennes. L'association entre les cassures double brin de l'ADN et l'exposition aux rayonnements était plus forte chez les enfants exposés à un plus jeune âge.

Ensuite, les chercheurs ont identifié les candidats « moteurs » du cancer dans chaque tumeur – les gènes clés dans lesquels les altérations ont permis aux cancers de se développer et de survivre. Ils ont identifié les moteurs dans plus de 95% des tumeurs. Presque toutes les altérations impliquaient des gènes dans la même voie de signalisation, appelée voie de la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK), y compris les gènes BRAF, RAS, et RET.

L'ensemble des gènes affectés est similaire à ce qui a été rapporté dans des études précédentes sur le cancer de la thyroïde. Cependant, les chercheurs ont observé un changement dans la distribution des types de mutations dans les gènes. Plus précisément, dans l'étude de Tchernobyl, les cancers de la thyroïde survenus chez des personnes exposées à des doses de rayonnement plus élevées pendant leur enfance étaient plus susceptibles de résulter de fusions de gènes (lorsque les deux brins d'ADN sont brisés et que les mauvais morceaux sont ensuite réunis), tandis que ceux de les personnes non exposées ou exposées à de faibles niveaux de rayonnement étaient plus susceptibles de résulter de mutations ponctuelles (changements d'une seule paire de bases dans une partie clé d'un gène).

Les résultats suggèrent que les cassures double brin de l'ADN peuvent être un changement génétique précoce suite à une exposition aux rayonnements dans l'environnement qui permet par la suite la croissance de cancers de la thyroïde. Leurs résultats fournissent une base pour d'autres études sur les cancers radio-induits, en particulier ceux qui impliquent des différences de risque en fonction à la fois de la dose et de l'âge, ont ajouté les chercheurs.

"Un aspect passionnant de cette recherche était l'opportunité de lier les caractéristiques génomiques de la tumeur avec des informations sur la dose de rayonnement - le facteur de risque qui a potentiellement causé le cancer", a déclaré Lindsay M. Morton, Ph.D., chef adjoint du Radiation Epidemiology Branch de la DCEG, qui a dirigé l'étude.

« L'Atlas du génome du cancer a établi la norme sur la façon de profiler de manière exhaustive les caractéristiques des tumeurs », a poursuivi le Dr Morton. "Nous avons étendu cette approche pour terminer la première grande étude du paysage génomique dans laquelle l'exposition cancérogène potentielle était bien caractérisée, nous permettant d'étudier la relation entre les caractéristiques spécifiques de la tumeur et la dose de rayonnement."

Elle a noté que l'étude a été rendue possible par la création de la banque de tissus de Tchernobyl il y a environ deux décennies – bien avant que la technologie ne soit développée pour mener le type d'études génomiques et moléculaires qui sont courantes aujourd'hui.

"Ces études représentent la première fois que notre groupe a effectué des études moléculaires en utilisant les échantillons biologiques qui ont été collectés par nos collègues en Ukraine", a déclaré le Dr Morton. « La banque de tissus a été mise en place par des scientifiques visionnaires pour collecter des échantillons de tumeurs provenant de résidents de régions hautement contaminées qui ont développé un cancer de la thyroïde. Ces scientifiques ont reconnu qu'il y aurait des avancées technologiques substantielles à l'avenir, et la communauté des chercheurs profite désormais de leur prévoyance. ."


Mutations de Tchernobyl chez l'homme : comment les humains et les animaux ont été affectés

De nombreuses années après l'accident de Tchernobyl, certaines personnes avaient encore des problèmes de santé. Les radiations qui ont fui après l'explosion ont toujours blessé les personnes et les animaux de Tchernobyl ainsi que les plantes qui se trouvaient dans la région. De nombreux patients ont été traités pour des maladies telles que le cancer de la thyroïde, la leucémie et aussi des maladies respiratoires.

Les niveaux élevés de rayonnement ont rendu les résidents sujets à des maladies potentiellement mortelles dans lesquelles certaines personnes ne pouvaient pas se permettre des soins médicaux, un fait qui a contribué à l'augmentation du nombre de morts. After the accident and due to the radiation, healthy foods were not available since crops could not be grown on the land. This led to malnutrition which also contributed to Chernobyl mutations and also health problems.

Chernobyl Human Mutations. What is Genetic Mutations are?

Chernobyl child mutations include the fact that some children were born with heart defects caused by mutation génétique from the radiation. This issue was difficult to fix among many children since medication was difficult to get and because of the cost factor when it was available.

Chernobyl child mutations

During the year 1986, the year of the Chernobyl Power Plant Disaster, the number of babies born with birth defects significantly increased by a rate of 200%. The number of those that were reported increased more than this and there were probably more that may not have been reported. Because their defects were because of genetic mutations, they are likely to pass it on to other generations. This leads to more birth defects and possibly more Chernobyl mutations from radiation. Because of genetic mutations, Downs Syndrome was a common occurrence due to radiation effects.

Health problems continued to increase since the children were forced to live in areas with high radiation levels. They couldn’t move since they were unable to work and they had no other people to help raise them. The children were living in severe poverty. Some were forced to reside in medical and mental facilities that were supported by the government.

Chernobyl Animals Mutations from Radiation. What are Genetic Mutations?

Many animals travelled back into the area because of the lack of presence of humans and the problems caused by them. Reproduction of the animals was difficult because of the high radiation levels. When some of Chernobyl animals were able to reproduce offspring, unfortunately, they were born with mutations and various birth defects. In some cases, the type of Chernobyl animal could not be recognized. There are many wild boars that do not resemble their natural form.

Even though the area is considered dangerous for life, the animals such as deer and elk still stayed in the radiation-ridden lands. The population is very high with many Chernobyl mutated animals. As mentioned, reproduction was limited but this was just a temporary effect. The population continued to increase but not without health effects. Without people around, they thrived on the plants since they were not removed or destroyed to be used for other purposes such as building and farming.

There were many signs of radiation effects on the animals. Because of the stress and the lack of antioxidants, many Chernobyl wildlife mutations included an under-developed nervous system and smaller brains which led to the inability to think properly. The birds that called the radiation area home were affected by Chernobyl animals mutations since they had much smaller brains compared to those that were not in radiation areas. Some of the swallows found in the area have physical mutations and physical abnormalities. The typical characteristics of this include deformed tails, discolored feathers and improperly shaped air sacks. They will fail to survive in radiation affected areas.

Chernobyl Plant Mutations

Because of high radiation levels, radioactive iodine was present so Chernobyl animals did not have food that was safe for consumption, especially cows. This led to contamination of milk produced by cows. The roots of the plants can easily absorb the radiation and materials like strontium and caesium.

The plants located in the forests are still contaminated because of the caesium radioactivity that is shared by the insects and other wildlife living in the areas. It is said that the berries and mushrooms as well as the Chernobyl animals should not be consumed for food because of the high radiation content.

Because of the radiation levels, some trees and shrubs have dried up and changed colors while others are short when they should not be like this. Chernobyl plant mutations have destroyed a once beautiful area.

Chernobyl mutations children

Chernobyl Mutations Fish in Pripyat River

The radiation from the Chernobyl Power Plant contaminated bodies of water such as reservoirs, rivers as well as lakes. Because of this, there were fish mutations. The seafood in the water bodies was not edible because of this. Wildlife and humans had a shortage of food because of the effects of radiation on the water and the plants. The fish living in the water has high level of radioactive iodine. This effect was felt in more areas, in other countries as well as areas close to the horrific accident.


Mutation and Cancer

The abnormal behaviors demonstrated by cancer cells are the result of a series of mutations in key regulatory genes. The cells become progressively more abnormal as more genes become damaged. Often, the genes that are in control of DNA repair become damaged themselves, rendering the cells even more susceptible to ever-increasing levels of genetic mayhem.

Below is an animation that demonstrates the relationship between chromosomes, genes and DNA.

Most cancers are thought to arise from a single mutant precursor cell. As that cell divides, the resulting 'daughter' cells may acquire different mutations and different behaviors over a period of time. Those cells that gain an advantage in division or resistance to cell death will tend to take over the population. In this way, the tumor cells are able to gain a wide range of capabilities that are not normally seen in the healthy version of the cell type represented. The changes in behavior seen in cancer cells are the focus of the Cancer Biology section of the site.

Mutations in key regulatory genes (tumor suppressors and proto-oncogenes) alter the behavior of cells and can potentially lead to the unregulated growth seen in cancer.

For almost all types of cancer studied to date, it seems as if the transition from a normal, healthy cell to a cancer cell is a step-wise progression that requires many genetic changes that add up to create the cancer cell. These mutations occur on both oncogenes and tumor suppressors. This is one reason why cancer is much more prevalent in older individuals. In order to generate a cancer cell, a series of mutations must occur in the same cell. Since the likelihood of any gene becoming mutated is very low, it stands to reason that the chance of several different mutations occuring in the same cell is truly very unlikely. For this reason, the cells in a 70 year old body have had more time to accumulate the changes needed to form cancer cells but those in a child are much less likely to have acquired the requisite genetic changes. Of course, some children faire get cancer but it is much more common in older individuals. The graph below shows colon cancer rates in the United States as a function of age. The graph was obtained from the National Cancer Institute. 2

By looking at the shape of curves like the ones shown above, it has been concluded that several genetic changes are required to create cells that become cancerous.

In the laboratory, researchers have been attempting to create tumor cells by altering or introducing key regulatory proteins. Several studies have attempted to define the minimal number of genetic changes needed to create a cancer cell, with intriguing results.3

In nature, mutations can accumulate in cells over time and if the 'right' group of genes are mutated, cancer can result. A 2012 study showed that bone marrow stem cells in a healthy individual accumulate many mutations as the person ages. Just a few more changes to key genes can cause cancer. The results imply that 'normal' cells and cancer cells may not be all that different in many cases.4


How does radiation cause mutation?

Radiation can transfer energy to molecules such as DNA that causes bonds to break.

Explication:

Radiation can be seen as a package of energy. This can be a particle (such as #alpha# and #beta# radiation) or it can be a wave / photon ( #gamma# / X-ray).

In any case, radiation loses energy when it interacts with molecules in the cell. Mutation can be caused when radiation has enough energy to free an electron from an atom. Then it is called rayonnement ionisant. In contrast to e.g. microwaves and light which is also radiation, but with less energy.

When an electron is released from a molecule, bonds can break. Radiation can cause mutation in two different ways:

  1. Direct effect : radiation breaks bonds in DNA, this breaks the strands and mutation can occur when it is not properly repaired.
  2. Indirect effect : radiation causes other molecules to lose an electron these molecules (reactive intermediates) can then interact with DNA to cause mutation.

Whether radiation causes mutations is a matter of chance: