Mutacje genowe zmiany w sekwencji
nukleotydów w genie
Mutacje samorzutne (spontaniczne)
skutek błędów w procesie replikacji DNA,
rzadziej
samorzutnych modyfikacji chemicznych
zasad w DNA
Mutacje indukowane
skutek działania mutagennych czynników
chemicznych
lub fizycznych (powstających w wyniku
przemian
metabolicznych w komórkach lub
pochodzących ze
środowiska zewnętrznego)
Mutacje genowe indukowane
Najsilniej działające czynniki mutagenne :
promieniowanie jonizujące (np. Roentegna) powoduje
zmiany struktury zasad lub rozrywanie mostków
wodorowych między zasadami w DNA
promieniowanie nadfioletowe (UV) intensywnie pochłaniane przez
DNA, indukuje zmiany w zasadach pirymidynowych, na przykład ich
dimeryzację
hydroksyloamina (NH2OH) wywołuje zmianę cytozyny na
pochodną uracylu, co prowadzi do tranzycji CT
kwas azotawy (HNO2) powoduje deaminację zasad w DNA i RNA
Mutacje genowe indukowane
Najsilniej działające czynniki mutagenne :
związki alkilujące dzięki posiadanym grupom etylowym,
metylowym lub bardziej złożonym, powodują alkilację
(metylowanie lub etylowanie) zasad w kwasach nukleinowych
barwniki akrydynowe (np.proflawina, oranż akrydynowy,
akryflawina) wnikają między zasady w łańcuchu DNA
powodując deformację podwójnej helisy DNA
- analogi zasad (np.5-bromouracyl- analog tyminy oraz 2-
aminopuryna - analog adeniny) mogą być wbudowywane w DNA
Mutacje genowe w komórkach rozrodczych :
- trwałe zmiany przekazywane z pokolenia na pokolenie
Mutacje genowe w komórkach somatycznych :
-
mogą dotyczyć wszystkich komórek dorosłego organizmu lub
tylko pewnych jego części
-
nie dziedziczą się
Cechy mutacji genowych spontanicznych
odwracalność
allel, który powstał dzięki mutacji genu, może
zmutować wstecznie do formy wyjściowej tego genu
u
A a
v
powtarzalność
określona mutacja może powtórzyć się w podobny
sposób, dając zbliżone lub takie same skutki fenotypowe
Podatność genów na mutacje :
geny labilne
geny stabilne
Częstość mutacji :
gorące miejsca (ang. hot spots) - sekwencje
dwunukleotydowe CG, zwane wyspami CpG
wpływ czynników dziedzicznych
Cechy mutacji genowych spontanicznych
1. tranzycja
- zamiana jednej
zasady
purynowej na drugą purynową
lub pirymidynowej na inną
pirymidynową (zamiany par
zasad (A/TG/C)
2. transwersja
- zamiana zasady
purynowej na pirymidynową
i odwrotnie pirymidynowej na
purynową:
A/TC/G
T/AG/C
3. delecja
- wypadnięcie (utrata)
jednej lub kilku par
nukleotydów,
4. insercja
- wstawienie jednej
lub kilku par nukleotydów
Mutacje genowe
zmiany sekwencji nukleotydów
Mutacje genowe mogą być także następstwem
zakłóceń w splicingu, czyli tzw. obróbce RNA
nazwanej dojrzewaniem RNA lub składaniem genów
Mutacje genowe
Ciche podstawienia
(
substitution at silent site) –
nie powodują zmiany składu
aminokwasów w białku
są wykorzystywane w analizie polimorfizmu
DNA
- RFLP (restriction fragment length
polymorphism
= polimorfizm fragmentów
restrykcyjnych)
Mechanizmy naprawy uszkodzeń DNA
Enzymatyczne procesy naprawy :
naprawa bezpośrednia - wycinanie
nukleotydu
(usuwane są duże uszkodzenia) bądź zasady
uszkodzonej
przez promieniowanie jonizujące i czynniki
alkilujące
naprawa pośrednia (post replikacyjna) -
naprawa w nici
potomnej
Zmiany na poziomie polipeptydu - typy mutacji
1. mutacje typu zmiany sensu
na skutek tranzycji lub
transwersji zamiana kodonu dla określonego
aminokwasu na kodon dla innego aminokwasu
2. mutacje typu nonsens
zamiana kodonu sensownego
na jeden z trzech kodonów nonsensownych (STOP)
3. mutacje zmiany ramki odczytu
na skutek delecji lub
insercji jednej lub kilku par nukleotydów (liczba par nie
może być podzielna przez 3) przesunięcie ramki odczytu
Zmiany na poziomie polipeptydu - typy mutacji
4. mutacje typu insercja lub delecja
aminkwasu
- delecja trzech nukleotydów (lub wielokrotności cyfry 3)
w łańcuchu DNA powoduje utratę jednego lub kilku
aminkowasów w białku kodowanym przez dany gen
5. mutacje
podczas obróbki
post transkrypcyjnej
(splicing) mRNA - powstaje
nieprawidłowy mRNA
Mutacja typu zmiany sensu
Przykłady :
• tranzycja (substytucja) A G
w 383
nukleotydzie genu podjednostki CD18 beta
2
-
integryny 2 zamiana kodonu GAC dla
kwasu asparaginowego na kodon GGC dla
glicyny
BLAD
(Bovine Leukocyte Adhesion
Deficiency)
• tranzycja A G
w kodonie 2015 dla
histydyny (CAT) zamiana na kodon (CGT)
dla argininy w genie LYST (
zespół Chediak-
Higashi’ego
) u bydła
Mutacja typu nonsens
Przykłady :
• tranzycja cytozyny na tyminę
w 86
kodonie genu syntetazy arginino-
bursztynianowej zamiana kodonu CGA
dla argininy na kodon TGA (STOP)
citrulinemia
• tranzycja cytozyny na tyminę
w 405
kodonie genu syntazy monofosoforanu
urydyny zamiana kodonu CGA dla
argininy na kodon TGA (STOP)
DUMPS
(deficiency uridine monophosphate
synthase) u bydła
Mutacja - zmiana ramki odczytu
96 97 98 99 100 101 102 103
104 105 106 107
allel E+ GCA GTC ATG C
T
G CTG CTG GAG GCC
GGT
GTC
CTG GCC
allel Ed - - - - - - - - - -
C
- - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - -
allel e - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
GT
TCC TGG CCA
allel E+ ala val met leu
leu leu glu ala gly
val leu ala
allel Ed - - - - - - - - - pro
- - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - -
allel e - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - val
ser trp pro
Delecja nukleotydu [
]
– zmiana aminokwasów od miejsca mutacji
Mutacje typu zmiany sensu i zmiany ramki odczytu w locus E u bydła
zamiana aminokwasu
zmiana aminokwasów od miejsca delecji
Mutacja typu insercja/delecja aminokwsu
Mutacja F508 w eksonie 10 genu
CFTR
(
mukowiscydoza
)
Prawidłowy allel
kodon
506 507 508
509 510
DNA ATC AT
C
C
TT
TT
T GGT
GTT
aminokwas ile ile
phe
phe
gly val
Zmutowany allel
kodon
506 507 508
509 510
DNA ATC AT
-
-
- -
- -
T GGT
GTT
aminokwas
ile
ile
gly val
Mutacja podczas obróbki potranskrypcyjnej
mutacja genu kolagenu typ VI - zespół Ullricha
(dystrofia mięśniowa)
I – substytucja G A w poz. –1 nt w intronie 23 – delecja eksonu 24
II – substytucja A G w poz. – 2 nt w intronie 17 – delecja eksonu 18
Vanegas i wsp., 2001
Fenotypowy efekt mutacji genowych
1. Morfologiczne
zmiany zewnętrznych cech organizmu (np. wielopalczastość,
umaszczenie zwierząt, skrócenie kręgosłupa, bezogoniastość)
2. Biochemiczne
utrata lub modyfikacja zdolności organizmu
do wytworzenia
specyficznego białka, najczęściej enzymu
koniecznego
do normalnego przebiegu jakiegoś procesu
3. Letalne (morfologiczne lub biochemiczne)
śmierć osobnika lub utrata / zmiana podstawowej funkcji
organizmu w okresie zarodkowym lub w okresie późniejszym
Mutacje genowe - skutki hodowlane
1. Allele wielokrotne, determinują ważne cechy :
grupy krwi
- kontrola pochodzenia
polimorficzne białka
- kontrola pochodzenia
umaszczenie zwierząt
- zwierzęta futerkowe
2. Geny główne :
gen hormonu wzrostu
- wydajność mięsna,
mleczna
gen hipertrofii mięśniowej - wydajność mięsna
gen płodności
- plenność [liczba jagniąt w
miocie]
3. Geny wywołujące choroby genetyczne i wady
wrodzone
Geny główne
Hipertrofia mięśniowa – mutacja w genie miostatyny
Mutacja
skutek
rasa
nt821(del11)
kodon STOP
błękitne
belgijskie
Asturiana
nt419(del7-ins10)
kodon STOP
Maine-Anjou
Tranzycja C T
kodon STOP
Charolaise
w 610 nt [Q204X]
Transwersja G T
kodon STOP
Maine-
Anjou
w 676nt [E226X]
Tranzycja G A
cysteina tyrozynę
Piedmontese,
w 938nt [C313Y]
Gasconne
Geny wywołujące choroby
genetyczne
i wady wrodzone
Geny letalne, semiletalne i subwitalne :
geny letalne - powodują śmierć ponad 90% osobników,
w których genotypach wystąpią w dawce aktywnej
(np. homozygota recesywna)
geny semiletalne - powodują w aktywnej dawce śmierć
od 50% do 90% osobników
geny subwitalne - obniżają wydolność fizjologiczną i mogą
powodować śmierć od 10% do 50% osobników
Metody molekularnej
diagnostyki chorób
genetycznych
PCR – polimerazowa reakcja łańcuchowa
metody z zastosowaniem enzymów
restrykcyjnych - RFLP - Restriction
Fragment Length Polymorphism
hybrydyzacja DNA-DNA
sekwencjonowanie DNA
cytogenetyczne metody stosowane w
diagnostyce nowotworów
Antagonistyczna plejotropia
Antagonistyczna plejotropia
- dobre i złe działanie
- dobre i złe działanie
• Anemia sierpowata – heterozygoty mają
większą odporność na malarię
• Choroba Tay-Sachsa – heterozygoty mają
większą odporność na gruźlicę
• Cystic fibrosis [mukowiscydoza] –
heterozygoty
są prawdopodobnie odporne na cholerę
Mutacje w mtDNA
LHON (zespół Lebera) :
dziedziczna neuropatia nerwu
wzrokowego, utrata wzroku
MELAS:
kwasica mleczanowa,miopatia,
napady udaropodobne, drgawki,
otępienie umysłowe
NARP (zespół Leigha) :
neuropatia obwodowa, ataksja,
zwyrodnienie siatkówki
MERRF:
padaczka miokloniczna,miopatia,
otępienie umysłowe
Heteroplazmia –
równoczesne występowanie
zmutowanego i prawidłowego
mtDNA
mt DNA przekazywany
wyłącznie przez matkę
potomstwu obojga płci