1. 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)

1. 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

1. 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

1. 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

1. 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

1. Cechy mutacji genowych spontanicznych

Podatność genów na mutacje :

♣ geny labilne

♣ geny stabilne

  Częstość mutacji :

♣ gorące miejsca (ang. hot spots) – sekwencje dwunukleotydowe CG, zwane wyspami CpG

♣ wpływ czynników dziedzicznych

1. Mutacje genowe - zmiany sekwencji nukleotydów

1. tranzycja - zamiana jednej zasady 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

1. Mutacje genowe

 Mutacje genowe mogą być także następstwem zakłóceń w splicingu, czyli tzw. obróbce mRNA nazwanej dojrzewaniem mRNA lub składaniem genów

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)

1. 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

1. 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

1. Zmiany na poziomie polipeptydu - typy mutacji

4. mutacje typu insercja lub delecja aminkwasu

- delecja trzech nukleotydów (lub wielokrotności cyfry 3) 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

1. Mutacja typu zmiany sensu

Przykłady :

- tranzycja (substytucja) A → G w 383 nukleotydzie genu podjednostki CD18 beta₂-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

1. 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

1. Mutacja - zmiana ramki odczytu

Delecja nukleotydu [∇]– zmiana aminokwasów od miejsca mutacji

96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107

allel E+ GCA GTC ATG CTG 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

Mutacje typu zmiany sensu i zmiany ramki odczytu w locus E u bydła

zamiana aminokwasu

zmiana aminokwasów od miejsca delecji

1. Mutacja typu insercja/delecja aminokwsu

Mutacja F508 w eksonie 10 genu CFTR (mukowiscydoza)

Prawidłowy allel

kodon 506 507 508 509 510

DNA ATC ATC TTT GGT GTT

aminokwas ile ile phe gly val

Zmutowany allel

kodon 506 507 508 509 510

DNA ATC AT- - -T GGT GTT

aminokwas ile ile gly val

1. 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

1. 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

1. 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

1. Geny główne

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

Hipertrofia mięśniowa – mutacja w genie miostatyny

1. 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

1. 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

1. Antagonistyczna plejotropia - 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

1. Mutacje w mtDNA

Heteroplazmia – równoczesne występowanie zmutowanego i prawidłowego mtDNA

mt DNA przekazywany wyłącznie przez matkę potomstwu obojga płci

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