Mutácie

Génové mutácie sú malé zmeny genetickej informácie, ktoré postihujú malý počet nukleotidov, väčšinou len jeden. Preto sa nazývajú aj bodové mutácie. Účinok takejto mutácie na gén je rôzny. Mutovaný gén (mutantná alela) si môže zachovať plnú funkčnosť oproti pôvodnému génu, ale tak isto môže jediná mutácia (napr. zámena nukleotidu na jednom mieste) viesť k úplnému znefunkčneniu proteínu, ktorý je mutovaným génom kódovaný a výsledkom je genetické ochorenie.

Bodové mutácie klasifikujeme na základe viacerých kritérií podľa toho, na akej úrovni dané zmeny sledujeme. Toto členenie je vo svojej podstate hierarchické a zahŕňa celý priebeh proteosynzézy až po výsledný produkt (proteín). Rozlišujeme teda mutácie s efektom na:

• efekt na sekvenciu DNA
• efekt na sekvenciu aminokyselín
• efekt na čítací rámec
• efekt na funkciu daného proteínu

Nasledovný príklad ilustruje, ako to s génovými mutáciami v skutočnosti vyzerá: Zámena nukleotidu je malá mutácia na úrovni DNA, ale ak postihne proteín-kódujúcu oblasť, vzniknutá missense-mutácia spôsobí zaradeniu odlišnej aminokyseliny pri translácii, pričom táto zmena môže predstavovať loss-of-function mutáciu na úrovni funkcie proteínu (pozri nižšie).

Efekt na sekvenciu DNA

Zmeny na úrovni sekvencie nukleotidov sú prvotnými zmenami, od ktorých sa odrážajú ostatné hierarchické úrovne v prípade, že prebehnú v oblasti génu, ktorá priamo slúži na prepis do mRNA (transkripciu) a preklad do primárnej štruktúry polypeptidového reťazca (transláciu).

Z hľadiska sekvencie DNA rozoznávame niekoľko typov bodových mutácií:

• substitúcie - zámeny nukleotidu za iný, ktoré sa klasifikujú nasledovne:
  • tranzície - zámena purínu za purín alebo pyrimidínu za pyrimidín (napr. C za T)
  • transverzie - zámena purínu za pyrimidín alebo opačne (napr. C za G)
  • zámena nukleotidu za látku s čiastočne odlišnou chemickou štruktúrou (neprirodzený nukleotid)
• inzercia (adícia) - vloženie jedného alebo viacerých nukleotidov
• delécia - strata jedného alebo viacerých nukleotidov

Tieto typy bodových mutácií môžu spôsobovať:

• vonkajšie faktory - chemické mutagény (analógy báz a chemomutagény modifikujúce bázy zapríčiňujú substitúcie, interkalačné činidlá zapríčiňujú inzercie a delécie)
• vnútorné faktory - produkty bunkového metabolizmu, chyby pri replikácii, rekombinácii a reparácii DNA

Efekt na sekvenciu aminokyselín

Transkripciou nukleotidovej sekvencie génu vzniká mRNA, ktorá sprostredkúva preklad genetickej informácie z DNA do proteínu. Trojica nukleotidov na mRNA sa označuje pojmom kodón. K jednému kodónu na mRNA je komplementárny antikodón na tRNA. Transferová RNA prináša k miestu syntézy polypeptidového reťazca špecifické aminokyseliny. Tento proces sa nazýva translácia a prebieha na ribozóme.

Mutácie, ktoré prebiehajú v proteín-kódujúcich oblastiach DNA, prejavujú sa zmenou sekvencie v kodónoch na mRNA. Na základe ich efektu rozlišujeme:

• mutácie so zmenou zmyslu (missense mutations) - zmena kodónu spôsobí zaradenie odlišnej aminokyseliny do polypeptidového reťazca
• neutrálne mutácie - mutácie spôsobujú zámenu jednej aminokyseliny za inú aminokyselinu s podobnými vlastnosťami, takže zmena je menej výrazná
• tiché mutácie (silent mutations) - na základe degenerovanosti genetického kódu nastáva zaradenie rovnakej aminokyseliny napriek odlišnému kodónu (jedná sa predovšetkým o substitúcie 3. nukleotidu v niektorých kodónoch)

Efekt na čítací rámec

Čítací rámec je spôsob, akým sa interpretujú sekvencie nukleotidov do sekvencie aminokyselín. Mutácie, ktoré ovplyvňujú čítanie kodónov na mRNA, sú rozsiahle zmeny vedúce takmer vždy k syntéze nefunkčného proteínu. Sú to tieto mutácie:

• mutácie bez zmyslu (nonsense mutations) - zmena kodónu pre niektorú aminokyselinu za STOP kodón (UAG, UAA alebo UGA) spôsobí predčasné ukončenie translácie na ribozóme
• posunové mutácie (frameshift mutations) - sú špeciálnym typom mutácií, ktorých podstatou je inzercia alebo delécia takého počtu nukleotidov, ktorý nie je násobkom 3, vedúca k posunu čítania kodónov na ribozóme, následkom čoho nastáva zaradenie úplne odlišných aminokyselín od miesta mutácie

Efekt na funkciu proteínu

Mnohé spomenuté mutácie dokážeme rozoznať len vtedy, ak ovplyvnia fenotyp daného jedinca. Mutácia v proteíne sa môže správať rôzne:

• mutácia typu gain-of-function - mutovaný proteín získal nové abnormálne vlastnosti, a preto je fenotyp takejto mutácie väčšinou dominantný
• mutácia typu loss-of-function - mutovaný proteín je nefunkčný, ale druhá kópia (normálna alela) väčšinou postačuje pokryť potreby organizmu, preto je táto mutácia recesívna
• dominantne negatívna mutácia - je špeciálnym prípadom mutácie, pri ktorej má mutovaná alela taký dominantný fenotyp, že jej produkt je svojim prejavom antagonistický voči produktu normálnej alely, takže výsledkom je strata funkcie napriek prítomnosti jednej normálnej alely