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 CT

 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/TG/C)

2. transwersja

- zamiana zasady

purynowej na pirymidynową
i odwrotnie pirymidynowej na
purynową:

A/TC/G



T/AG/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