Тивка мутација

Тивки мутации ― мутации во ДНК кои немаат забележлив ефект врз фенотипот на организмот. Тие се специфичен вид неутрална мутација. Фразата „тивка мутација“ често е користена наизменично со фразата синонимна мутација ; сепак, синонимните мутации не се секогаш тивки, ниту обратно. Синонимните мутации можат да влијаат на транскрипцијата, спојувањето, преносто на инфорциската РНК и преводот, од кои било која може да го промени фенотипот, правејќи ја синонимната мутација спротивно одтивка. Специфичноста на супстратот на преносната РНК на реткиот кодон може да влијае на времето на превод, а за возврат на заедничкото преведувачко превиткување на белковината. Ова се одразува во пристрасноста на употребата на кодонот што е забележана кај многу видови. Мутациите кои предизвикуваат изменетиот кодон да произведува аминокиселина со слична функционалност (на пр. мутација што произведува леуцин наместо изолеуцин) често се класифицирани како тивки; ако својствата на аминокиселината се зачувани, оваа мутација обично не влијае значително на функцијата на белковините.
1 Генетски код
Генетскиот код (кодон) ги преведува нуклеотидните низи на информациска РНК во аминокиселински низи. Генетските информации се кодирани со помош на овој процес со групи од три нуклеотиди долж информациска РНК кои се вообичаено познати како кодони. Множеството од три нуклеотиди речиси секогаш ја произведува истата аминокиселина со неколку исклучоци како кодонот UGA која обично служи како запирачки кодон, но исто така може да го шифрира триптофанот во митохондриите на цицачите. Повеќето аминокиселини се специфицирани со повеќе кодони кои покажуваат дека генетскиот код е дегенериран - различни кодони резултираат со иста аминокиселина. Кодоните што ја кодираат истата аминокиселина се нарекуваат синоними. Тивките мутации се базни замени што резултираат со никаква промена на функционалноста на аминокиселината или аминокиселината кога се преведува изменетата инофрмациска РНК. На пример, ако кодонот AAA е променет за да стане AAG, истата аминокиселина - лизин - ќе биде вкличен во пептидниот синџир.
Мутациите често се поврзани со болести или негативни влијанија, но тивките мутации може да бидат исклучително корисни во создавањето генетска разновидност меѓу видовите во населението. Зародишниоте мутации се пренесувани од родителот на потомството. Научници предвиделе дека луѓето имаат приближно 5 до 10 смртоносни мутации во нивниот геном, но тоа е во суштина безопасно бидејќи обично постои само една копија од одреден лош ген, така што болестите се малку веројатни. Тивките мутации може да бидат настанати и со вметнувања или бришења, кои предизвикуваат поместување во рамката за читање.
Бидејќи тивките мутации не ја менуваат белковинската функција, тие често се третирани како да се еволутивно неутрални. Познато е дека многу организми покажуваат пристрасност во користењето на кодонот, што наведува дека постои избор за употреба на одредени кодони поради потребата за стабилност на преводите. Достапноста на преносната РНК е една од причините што тивките мутации можеби не се толку тивки како што обично се верува.
За секој кодон има различна молекула на преносна РНК. На пример, постои специфична молекула на преносна РНК за кодонот UCU и друга специфична за кодонот UCC, од кои и двете шифрираат за аминокиселината серин. Во овој пример, ако имало илјада пати помалку UCC во на преносна РНК од UCU на преносна РНК, тогаш вклучувањето на серин во полипептидниот синџир би се случило илјада пати побавно кога мутација предизвикува кодонот да се промени од UCU во UCC. Ако преносот на аминокиселините до рибозомот е одложен, транслацијата ќе се изврши со многу побавна брзина. Ова може да резултира со помало изразување на одреден ген кој ја содржи таа тивка мутација ако мутацијата се случи во ексон. Дополнително, ако рибозомот треба да чека премногу долго за да ја прими аминокиселината, рибозомот би можел предвреме да го прекине преводот.
2 Структурни последици
2.1 Првична структура
Несинонимна мутација која се јавува на геномско или транскрипциско ниво е онаа што резултира со промена на аминомиселинската низа во белковинскиот производ. Првичната структура на белковината се однесува на неговата аминокиселинска низа. Замена на една аминокиселина со друга може да ја наруши функцијата на белковините и третичната структура, но нејзините ефекти може да бидат минимални или толерирани во зависност од тоа колку тесно корелираат својствата на аминокиселините вклучени во замената. Предвременото вметнување на запирачки кодон, бесмислена мутација, може да ја промени првичната структура на белковината. Во овој случај, произведувана е скратена белковина. Функцијата и преклопувањето на белковината зависат од положбата во која запирачкиот кодон е вметнат и количината и составот на изгубената низа.
Спротивно на тоа, тивките мутации се мутации во кои аминокиселинската низа не е променета. Тивките мутации доведуваат до промена на една од буквите во тројниот код што претставува кодон, но и покрај промената на една база, аминокиселината за која е кодирана останува непроменета или слична во биохемиските својства. Тоа го дозволува дегенерацијата на генетскиот код.
Историски гледано, било сметано дека тивките мутации се од мало или никакво значење. Сепак, неодамнешното истражување наведува дека таквите измени на тројниот код навистина влијаат на ефикасноста на преведувањето на белковините и преклопувањето и функцијата на белковините.
Понатаму, промената во примарната структура е критична бидејќи целосно преклопената третичната структура на белковината зависи од првичната структура. Откритието било направено во текот на низа опити во 1960-тите кои откриле дека намалената и денатурирана рибонуклеаза во нејзиниот расклопен облик може да биде преклопен во својот третичен облик. Третичната структура на белковината е целосно преклопен полипептиден синџир со сите хидрофобни R-групи преклопени во внатрешноста на белковината за да биде максимизирана ентропијата со заемодејствата помеѓу вторичните структури како што се бета-листовите и алфа-завојниците. Бидејќи структурата на белковините ја одредува нејзината функција, од клучно значење е белковината правилно да биде свиткана во нејзиниот третичен облик, така што белковината ќе функционира правилно. Сепак, важно е да биде забележано дека полипептидните синџири може многу да се разликуваат во првичната структура, но да бидат многу слични во третичната структура и белковинската функција.
2.2 Секундарна структура
Тивките мутации ја менуваат вторичната структура на информациската РНК.
Вторичната структура на белковините се состои од заемодејства помеѓу атомите на 'рбетот на полипептидниот синџир, со исклучок на R-групите. Еден вообичаен вид вторични структури е алфа-спиралата, која е десна спирала која произлегува од водородните врски помеѓу аминокиселинските остатоци ''ntn'' на и ''n+4th.'' Другиот вообичаен вид вторична структура е бета-листот, кој прикажува десна кривина, може да биде напореден или противнапореден во зависност од насоката на насоката на врзаните полипептиди и се состои од водородни врски помеѓу карбонилните и амино групите на 'рбетот на два полипептидни синџири.
Информациска РНК има вторична структура која не е нужно линеарна како онаа на ДНК, така што обликот што го придружува комплементарното поврзување во структурата може да има значителни ефекти. На пример, ако молекулата на информациската РНК е релативно нестабилна, тогаш таа може брзо да биде разградувана од ензимите во цитоплазмата. Ако молекулата на РНК е многу стабилна, а комплементарните врски се силни и отпорни на распакување пред преводот, тогаш генот може да биде недоволно изразен. Употребата на кодон влијае на стабилноста на информациска РНК.
Понатаму, бидејќи сите организми содржат малку поинаков генетски код, нивните структури на информациска РНК исто така се разликуваат малку, сепак, спроведени се повеќе студии кои покажуваат дека сите правилно преклопени структури на информациска РНК се зависни од првичната низа на полипептидниот синџир и дека структурата е одржувани со релативни изобилства на динуклеотиди во клеточната матрица. Исто така, било откриено дека вторичната структура на информациска РНК е важна за клеточните постапки како што се стабилноста на транскриптот и преводот. Општата идеја е дека функционалните домени на информациската РНК се преклопувани еден врз друг, додека почетните и запираните кодонски региони претежно се порелаксирани, што би можело да помогне во сигнализирањето на започнувањето и завршувањето на преводот.
Ако претстојниот рибозом паузира поради јазол во РНК, тогаш полипептидот потенцијално би можел да има доволно време да се преклопи во нематична структура пред молекулата на преносна РНК да додаде друга аминокиселина. Тивките мутации исто така може да влијаат на спојувањето или транскрипциската контрола.
2.3 Третична структура
Тивките мутации влијаат на преклопувањето и функцијата на белковините. Вообичаено, погрешно преклопената белковина може да биде преклопена со помош на молекуларни шаперони. РНК обично произведува два вообичаени погрешно преклопени белковини со тежнеење да бидат преклопени заедно и да бидат заглавени во различни конформации и има потешкотии да се соедини со омилената специфична третична структура поради другите конкурентни структури. Белковините кои се врзуваат за РНК можат да помогнат во проблемите со превиткување на РНК, меѓутоа, кога ќе се појави тивка мутација во ланецот на информациската РНК, овие шаперони не се врзуваат правилно за молекулата и не се во можност да ја пренасочат информациската РНК во правилниот преклоп.
Неодамнешните истражувања наведуваат дека тивките мутации можат да имаат ефект врз последователната структура и активност на белковините. Времето и брзината на преклопување на белковините може да бидат променети, што може да доведе до функционални оштетувања.
3 Истражување и клинички примени
Тивките мутации се користени како опитна стратегија и може да имаат клинички примени.
Стефен Мулер од Универзитетот Стони Брук дизајнирал жива вакцина за детска парализа во која вирусот е конструиран да има синонимни кодони да ги заменат природно присутните во геномот. Како резултат на тоа, вирусот сè уште можел да зарази и да се размножува, иако побавно. Глувците кои биле вакцинирани со оваа вакцина и покажале отпорност против природниот сој на полио.
Во опитите за молекуларно клонирање, може да биде корисно да бидат воведени тивки мутации во ген од интерес со цел да бидат создадени или отстранети местата за препознавање на рестриционите ензими.
Душевните нарушувања можат да бидат предизвикани од тивки мутации. Една тивка мутација предизвикува генот на допаминскиот рецептор D2 да биде помалку стабилен и да се разградува побрзо, недоволно изразувајќи го генот.
Тивка мутација во генот 1 со отпорност на повеќе лекови (MDR1), кој шифрира пумпа за клеточна мембрана која ги исфрла лековите од клетката, може да го забави преводот на одредено место за да дозволи пептидниот синџир да се свитка во необична конформација. Така, мутантната пумпа е помалку функционална.
Отстапувањата од просечната чувствителност на болка се предизвикани и од мутација ATG во GTG (несинонимна) и од мутација CAT во CAC (синонимна). Овие две мутации се споделени со генот за ниска чувствителност и висока чувствителност на болка. Ниската чувствителност на болка има дополнителна CTC кон тивка мутација CTG, додека високата чувствителност на болка нема и ја дели низата на CTC на ова место со просечна чувствителност на болка.
LPS, APS, HPS
CAC, КАТ, CAC
CTG, CTC, CTC
GTG, ATG, GTG
3.1 Ген 1 со отпорност на повеќе лекови
Околу 99,8% од гените кои подлежат на мутации се сметани за тивки бидејќи промената на нуклеотидот не ја менува аминокиселината што се преведува. Иако тивките мутации не треба да имаат ефект врз фенотипскиот исход, некои мутации го докажуваат спротивното како што е генот 1 со отпорност на повеќе лекови. MDR1 шифрира за P-гликобелковината кој помага да се ослободиме од лековите во телото. Се наоѓа во цревата, црниот дроб, панкреасот и мозокот. MDR 1 се наоѓа на истите места каде што се наоѓа CYP3A4, кој е ензим кој помага за ослободување од токсините или лековите од црниот дроб и цревата. Тивките мутации како MDR 1 изразуваат промена во фенотипскиот одговор. Студијата направена врз глувци покажала дека кога немало доволно ген MDR 1, нивното тело не го препознава лекот ивермектин или циклоспорин, што доведува до создавање на токсини во нивните тела.
MRD1 има повеќе од педесет единечни нуклеотидни полиморфизми кои се промени во нуклеотидната базна низа. Во MDR1, генот егзон 26 кој претставува 3535C може да мутира во 3535T што потоа ја менува преносната РНК во онаа што не е често видена, што доведува до промени во исходот за време на преводот. Ова е пример за тоа како некои тивки мутации не се секогаш тивки. Гените за отпорност на повеќе лекови кај Exon 26 C3435T, егзонот 21 G2677T/A и егзонот 12 C1236T се проучувани за да имаат единечни нуклеотидни полиморфизми кои се појавуваат во исто време, поради што е менувана фенотипската „функција“. Ова укажува на хаплотипска зависност помеѓу егзонот 26 и другите егзони кои имаат полиморфизми. На пример, ефавиренц и нелфинавир се два вида лекови кои помагаат да биде намалена инфекцијата на ХИВ во телото на една личност. Кога единечниот нуклеотиден полиморфизам од егзонот 26 е поврзан со други егзони со единечни нуклеотидни полиморфизми, лековите имаат помали шанси да ја задржат инфекцијата на ХИВ. Иако, кога се изразувани ТТ нуклеотидите во егзонот 26, пациентот има помала концентрација на вирусот, но кога генотипот преминува во CC или CT, инфекцијата може да се шири како нормално, оставајќи го генот MDR 1 речиси без одбрана. Овие промени во базите на егзонот 26 за MDR 1 покажуваат корелација помеѓу мутациите на генот MDR 1 и способноста на противретровирусни лекови да ја потиснат инфекцијата на ХИВ.
Егзонот 26 исто така е проучен за тоа дали е зависен од хаплотип или не. Присуството на единечен нуклеотиден полиморфизам на егзонот 26 ги менува фенотипските функции кога е спарено со присуството на мутации од егзоните 12 и 21. Но, кога е дејствувано на свое, тоа не влијае толку силно на фенотипскиот исход. Пример за зависност од хаплотипот на егзонот 26 е гледано кога е гледана хемотерапијата. Бидејќи MDR 1 ги отстранува лековите од нашите клетки, инхибиторите се користени за блокирање на способноста на MRD 1 да ги отстранува лековите, со што се дозволуваат корисни лекови како хемотерапијата и имуносупресивите да му помогнат на телото поефикасно да закрепне. MDR1 има различни белковини кои помагаат да бидат протерани овие специфични лекови од клетките на ракот. Верапамил и циклоспорин А се вообичаени инхибитори за MDR 1. За жал, кога C3435T се мутира со мутација или од егзон 12 или од егзон 21 (или ако сите три мутации се случат истовремено создавајќи хаплотип), инхибиторите се со помала веројатност да ја ослабат функцијата на MDR1. Повеќекратните тивки мутирани гени имаат тежнеење да бидат поотпорни на овие инхибитори.
Гледајќи го молекуларното ниво, причината зошто C3435T во егзонот 26 на генот MDR 1 не е тивок е поради темпото со кое аминокиселините се преведувани во белковини. Вторичните структури на информациската РНК може да бидат преклопени што значи дека различни кодони одговараат на различни преклопувања на информациската РНК. На пример, кога егзонот 26 го менува ATC во ATT двата кодони ја произведуваат истата аминокиселина, но ATC е гледан почесто од кодонот на мутација. Како последица на тоа, времето потребно за рибозомот да ја произведе својата белковинска потврда, е сменето. Ова доведува до структура на белковини различна од вообичаениот облик на белковината што доведува до различни функции на белковината.
Други причини зад „тивката мутација“ на MDR1 се јавуваат во информациската РНК. Во информациската РНК, кодоните исто така работат како засилувачи на спојување на егзон. Кодоните одлучуваат кога да ги отсечат интроните врз основа на кодонот што го чита во информациската РНК. Мутираните кодони имаат поголем ризик да направат грешка при спојување на интрони од секвенцата на информациска РНК што доведува до производство на погрешни егзони. Затоа, е правена промена врз зрелата информациска РНК. Мутациите во генот 1 со отпорност на повеќе лекови покажуваат како тивките мутации можат да имаат ефект врз исходот на фенотипот.
4 Поврзано
* Кодонска дегенерација
* Неутрална мутација
* Генеалошки ДНК-тест
* Лошо смислена мутација
* Бесмислена мутација
* Точкеста мутација
* Синонимна замена
5 Дополнителна литература
*