ГЕНЕТИЧНІ МУТАЦІЇ: З ЧОГО ВОНИ СКЛАДАЮТЬСЯ, ТИПИ ТА НАСЛІДКИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці мутації гена або специфічні є ті , в яких один аллель гена зміни, стаючи інший. Ця зміна відбувається всередині гена, у локусі чи точці, і може бути локалізована.

Навпаки, при хромосомних мутаціях зазвичай уражаються набори хромосом, ціла хромосома або її сегменти. Вони не обов'язково включають генні мутації, хоча це може статися у випадку розривів хромосом, які впливають на ген.

Малюнок 1. Мутація в гені, який керує формою хвоста миші. Джерело: Автор фотографії Емми Уайтлау, Університет Сіднея, Австралія., Via Wikimedia Commons

З розвитком молекулярних інструментів, застосованих для секвенування ДНК, термін точкова мутація був перероблений. Сьогодні цей термін часто використовується для позначення змін в парі або кількох сусідніх пар азотистих основ ДНК.

Що таке мутації?

Мутація - це квінтесенціальний механізм, який вносить генетичну варіацію в популяції. Він складається з раптової зміни генотипу (ДНК) організму не через рекомбінацію чи генетичну перебудову, а через спадкування або вплив негативних факторів навколишнього середовища (таких як токсини та віруси).

Мутація може перевершити потомство, якщо це відбувається в статевих клітинах (яйця та сперматозоїди). Це може спричинити невеликі коливання в окремих людей, величезні зміни - навіть спричиняючи захворювання - або вони можуть мовчати, без жодного ефекту.

Варіації генетичного матеріалу можуть породжувати фенотипічне різноманіття в природі, будь то між особинами різних видів або навіть одного і того ж виду.

Типові зміни генів або точок мутації

Існує два типи змін генних мутацій:

Зміни бази азоту

Вони складаються з заміни однієї пари азотистих основ на іншу. Вони в свою чергу поділяються на два типи: переходи та переходи.

• Переходи: передбачають заміну однієї основи іншою тієї ж хімічної категорії. Наприклад: пурин для іншого пурину, аденін для гуаніну або гуанін для аденіну (A → G або G → A). Також може бути заміна піримідину на інший піримідин, наприклад: цитозин для тиміну або тимін на цитозин (C → T або T → C).
• Трансверсії: це зміни, що включають різні хімічні категорії. Наприклад, випадок переходу від піримідину до пурину: T → A, T → G, C → G, C → A; або пурин для піримідину: G → T, G → C, A → C, A → T.

За умовами, ці зміни описуються з посиланням на дволанцюжкову ДНК, і тому основи, що складають пару, повинні бути деталізовані. Наприклад: перехід буде GC → AT, тоді як перехід може бути GC → TA.

Малюнок 2. Типи точкових мутаційних змін. Джерело: (Автор Сара - Власна робота, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Вставки або вилучення

Вони складаються з входу або виходу пари або декількох пар нуклеотидів гена. Хоча одиниця, на яку впливає, - це нуклеотид, ми зазвичай завжди посилаємося на пару чи пару баз, що беруть участь.

Наслідки

-Основні поняття

Щоб вивчити наслідки генних мутацій, ми повинні спочатку переглянути дві основні властивості генетичного коду.

1. Перший - генетичний код вироджений. Це означає, що один і той же тип амінокислоти в білку може кодуватися більш ніж одним триплетом або кодоном в ДНК. Ця властивість передбачає існування в ДНК більше триплетів або кодонів, ніж видів амінокислот.
2. Друга властивість полягає в тому, що гени мають стоп-кодони, які використовуються для припинення трансляції під час синтезу білка.

-Сценарії генних мутацій

Мутації стригу можуть мати різні наслідки, залежно від конкретного місця, де вони відбуваються. Тому ми можемо візуалізувати два можливі сценарії:

1. Мутація відбувається в частині гена, в якій кодується білок.
2. Мутація відбувається в регуляторних послідовностях або інших типах послідовностей, які не беруть участь у визначенні білка.

-Функціональні наслідки першого сценарію

Генні мутації в першому сценарії дають такі результати:

Мовчазна мутація

Це трапляється, коли кодон змінюється на інший, який кодує ту саму амінокислоту (це наслідок виродження коду). Ці мутації називаються мовчазними, оскільки в реальному розумінні послідовність амінокислот не змінюється.

Мутація в повороті

Це відбувається, коли зміна кодону визначає зміну амінокислоти. Ця мутація може мати різний вплив залежно від характеру введеної нової амінокислоти.

Якщо він за своєю природою хімічний за характером, подібний до оригінального (синонімічне заміщення), вплив на функціональність одержуваного білка може бути незначним (такий тип змін часто називають консервативною зміною).

Коли, з іншого боку, хімічна природа отриманої амінокислоти сильно відрізняється від вихідної, ефект може бути змінним, а отриманий білок може бути марним (неконсервативна зміна).

Специфічне розташування такої мутації всередині гена може мати різний вплив. Наприклад, коли мутація відбувається в частині послідовності, яка призведе до активного центру білка, очікується, що пошкодження будуть більшими, ніж якщо вони відбудуться в менш критичних областях.

Мутація безглуздя

Це відбувається, коли зміна генерує кодон стоп перекладу. Цей тип мутації зазвичай продукує дисфункціональні білки (усічений білок).

Вставки або вилучення

Вони мають ефект, еквівалентний мутації безглуздих, хоча не ідентичний. Ефект виникає, коли змінюється рамка зчитування ДНК (явище, відоме як зсув рамки читання або зміщення кадру).

Ця варіація виробляє месенсійну РНК (мРНК) з відставанням від місця, де відбулася мутація (вставка або делеція), а отже, і зміни послідовності білкової амінокислоти. Білкові продукти, отримані з генів із цими типами мутацій, будуть абсолютно нефункціональними.

Винятки

Виняток може спричинити, коли відбувається вставка або делеція рівно трьох нуклеотидів (або кратних трьох).

У цьому випадку, незважаючи на зміну, рамка читання залишається незмінною. Однак не можна виключати, що отриманий білок є дисфункціональним, або через вбудованість амінокислот (у разі введення), або через їх втрату (у разі делецій).

-Функціональні наслідки другого сценарію

Мутації можуть відбуватися в регуляторно-подібних послідовностях або інших послідовностях, які не беруть участь у визначенні білків.

У цих випадках ефект мутацій передбачити набагато складніше. Тоді це залежатиме від того, як точкова мутація впливає на взаємодію цього фрагмента ДНК з численними регуляторами експресії генів, які існують.

Знову ж таки, розрив рамки зчитування або проста втрата фрагмента, необхідного для зв'язування регулятора, може спричинити ефекти, що варіюються від дисфункціональності білкових продуктів, до недостатнього контролю їх кількості.

-Часті випадки, що призводять до захворювань

Прикладом дуже рідкісної точкової мутації є так звана мутація посилення почуттів.

Це полягає в перетворенні стоп-кодона в кодуючий кодон. Це випадок варіанту гемоглобіну під назвою гемоглобін постійного весни (алельний варіант HBA2 * 0001), спричинений зміною стоп-кодону UAA на кодон CAA.

У цьому випадку точкова мутація призводить до нестабільного гемоглобіну α-2, розширеного на 30 амінокислот, викликаючи захворювання крові, яке називається альфа-таласемією.

Список літератури

1. Ейр-Уокер, А. (2006). Розподіл фізичних ефектів нових шкідливих мутацій амінокислот у людини. Генетика, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / генетика.106.057570
2. Хартвелл, LH та ін. (2018). Генетика від генів до геномів. Шосте видання, MacGraw-Hill Education. стор.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Генетика людини: поняття, механізми та застосування генетики в галузі біомедицини. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL та ін. (2008). Генетика в медицині. Сьоме видання. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A., and Cable, K. (2014). Менделіанський мутаціонізм: Забутий еволюційний синтез. Журнал історії біології, 47 (4), 501–546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2