GENOVÉ MUTACE: Z ČEHO SE SKLÁDAJÍ, TYPY A DŮSLEDKY - BIOLOGIE - 2025

Tyto mutace v genu nebo specifická, jsou ty, ve kterých jedna alela změny genu, stává jinou. K této změně dochází v genu, v lokusu nebo v bodě a lze je lokalizovat.

Naopak v chromozomálních mutacích jsou obvykle ovlivněny sady chromozomů, celý chromozom nebo jeho segmenty. Nezahrnují nutně mutace genu, i když by se to mohlo vyskytnout v případě chromozomových zlomů, které ovlivňují gen.

Obrázek 1. Mutace v genu, který řídí tvar myšího ocasu. Zdroj: Autor (Foto s laskavým svolením Emmy Whitelaw, University of Sydney, Austrálie.), Via Wikimedia Commons

S vývojem molekulárních nástrojů aplikovaných na sekvenování DNA byla znovu definována pojem bodová mutace. Dnes se tento termín často používá k označení změn v páru nebo několika sousedních párech dusíkaté báze v DNA.

Co jsou mutace?

Mutace je kvintesenčním mechanismem, který zavádí genetické variace v populacích. Skládá se z náhlé změny v genotypu (DNA) organismu, nikoli kvůli rekombinaci nebo genetickému přeskupení, ale kvůli dědičnosti nebo účinku negativních faktorů prostředí (jako jsou toxiny a viry).

Mutace může transcendovat potomstvo, pokud se vyskytuje v zárodečných buňkách (vajíčka a spermie). To může způsobit malé variace v individuálních, obrovských variacích - dokonce způsobovat nemoci - nebo mohou mlčet, bez jakéhokoli účinku.

Odchylky v genetickém materiálu pak mohou generovat fenotypovou rozmanitost v přírodě, ať už mezi jedinci různých druhů nebo dokonce stejnými druhy.

Typy mutačních změn genu nebo bodu

Existují dva typy genových mutačních změn:

Změny báze dusíku

Spočívají v substituci jednoho páru dusíkatých bází za jiný. Rozdělují se na dva typy: přechody a převody.

• Přechody: zahrnují nahrazení jedné báze za jinou ze stejné chemické kategorie. Například: purin pro jiný purin, adenin pro guanin nebo guanin pro adenin (A → G nebo G → A). Může se také jednat o nahrazení pyrimidinu jiným pyrimidinem, například: cytosinem pro thymin nebo thyminem pro cytosin (C → T nebo T → C).
• Převody: jsou změny, které zahrnují různé chemické kategorie. Například v případě změny z pyrimidinu na purin: T → A, T → G, C → G, C → A; nebo purin pro pyrimidin: G → T, G → C, A → C, A → T.

Obvykle jsou tyto změny popsány s odkazem na dvouvláknovou DNA, a proto musí být podrobně popsány báze, které tvoří pár. Například: přechod bude GC → AT, zatímco převod může být GC → TA.

Obrázek 2. Druhy bodových mutačních změn. Zdroj: (Autor: Sara - vlastní práce, CC BY-SA 3.0,

Vložení nebo odstranění

Skládají se ze vstupu nebo výstupu páru nebo více párů nukleotidů genu. I když je ovlivněnou jednotkou nukleotid, vždy se vždy odkazujeme na dvojici nebo páry zúčastněných bází.

Důsledky

-Základní pojmy

Abychom mohli studovat důsledky genových mutací, musíme nejprve přezkoumat dvě základní vlastnosti genetického kódu.

1. První je, že genetický kód je degenerovaný. To znamená, že stejný typ aminokyseliny v proteinu může být kódován více než jedním tripletem nebo kodonem v DNA. Tato vlastnost znamená existenci více trojic nebo kodonů v DNA než typů aminokyselin.
2. Druhou vlastností je, že geny mají stop kodony, které se používají pro ukončení translace během syntézy proteinu.

-Scenáře genových mutací

Mutace vzpěry mohou mít různé důsledky v závislosti na konkrétním místě, kde se vyskytují. Proto si můžeme představit dva možné scénáře:

1. K mutaci dochází v části genu, ve kterém je protein kódován.
2. K mutaci dochází v regulačních sekvencích nebo jiných typech sekvencí, které se nepodílejí na stanovení proteinu.

-Funkční důsledky prvního scénáře

Genové mutace v prvním scénáři generují následující výsledky:

Tichá mutace

Stává se, když se kodon změní na jinou, která kóduje stejnou aminokyselinu (je to důsledek degenerace kódu). Tyto mutace se nazývají tiché, protože ve skutečnosti se výsledná aminokyselinová sekvence nemění.

Mutace U-turn

Vyskytuje se, když změna kodonu určuje změnu aminokyseliny. Tato mutace může mít různé účinky v závislosti na povaze nové zavedené aminokyseliny.

Pokud je chemická látka podobná původní (synonymní substituce), může být účinek na funkčnost výsledného proteinu zanedbatelný (tento typ změny se často nazývá konzervativní změna).

Když je naproti tomu chemická povaha výsledné aminokyseliny velmi odlišná od původní, účinek může být variabilní a výsledný protein může být zneužitečný (nekonzervativní změna).

Specifické umístění takové mutace v genu může mít různé účinky. Například, když mutace nastane v části sekvence, která povede k vytvoření aktivního centra proteinu, očekává se, že poškození bude větší, než kdyby k němu došlo v méně kritických oblastech.

Nesmyslná mutace

Stává se to, když změna vygeneruje stop kodón překladu. Tento typ mutace obvykle produkuje difunkční proteiny (zkrácený protein).

Vložení nebo odstranění

Mají účinek ekvivalentní nesmyslné mutaci, i když nejsou totožné. Účinek nastane, když se změní čtecí rámec DNA (jev známý jako posun čtecího rámce nebo posun rámce).

Tato variace produkuje messengerovou RNA (mRNA) se zpožděním od místa, kde došlo k mutaci (inzerce nebo delece), a proto se změnila aminokyselinová sekvence proteinu. Proteinové produkty získané z genů s těmito typy mutací budou zcela nefunkční.

Výjimky

Výjimka by mohla nastat, když dojde k inzerci nebo deleci přesně tří nukleotidů (nebo násobků tří).

V tomto případě, navzdory změně, čtecí rámec zůstává nezměněn. Nelze proto vyloučit, že výsledný protein je dysfunkční, buď kvůli začlenění aminokyselin (v případě inzerce), nebo kvůli jejich ztrátě (v případě delecí).

-Funkční důsledky druhého scénáře

K mutacím může dojít v regulačních sekvencích nebo jiných sekvencích, které nejsou zapojeny do určování proteinů.

V těchto případech je účinek mutací mnohem obtížnější předvídat. Bude pak záviset na tom, jak bodová mutace ovlivňuje interakci tohoto fragmentu DNA s více regulátory genové exprese, které existují.

Zlomení čtecího rámce nebo jednoduchá ztráta fragmentu nezbytného pro vazbu regulátoru může opět vyvolat účinky, které sahají od dysfunkčnosti proteinových produktů až po nedostatek kontroly v jejich množství.

-Časté případy, které vedou k nemocem

Příkladem velmi vzácné bodové mutace je tzv. Zesílení mutace.

To spočívá v transformaci stop kodonu na kódovací kodon. Toto je případ varianty hemoglobinu zvané Hemoglobin s konstantním jarem (alelická varianta HBA2 * 0001), způsobený změnou stop kodonu UAA na kodon CAA.

V tomto případě má bodová mutace za následek nestabilní a-2 hemoglobin rozšířený o 30 aminokyselin, což způsobuje onemocnění krve zvané alfa-thalassemie.

Reference

1. Eyre-Walker, A. (2006). Distribuce fitness účinků nových škodlivých mutací aminokyselin u lidí. Genetics, 173 (2), 891–900. doi: 10,1534 / genetika.106.057570
2. Hartwell, LH a kol. (2018). Genetika od genů k genomům. Šesté vydání, MacGraw-Hill Education. str. 849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Genetika člověka: Koncepty, mechanismy a aplikace genetiky v oblasti biomedicíny. Pearson Education, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL a kol. (2008). Genetika v medicíně. Sedmé vydání. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A. a Cable, K. (2014). Mendelian-mutationismus: zapomenutá evoluční syntéza. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501–546. doi: 10,1007 / s10739-014-9383-2