11. Mutace

- mutace = největší zdroj genetické variability = změna sekvence DNA

- postihují 1 pár nukleotidů/více párů; mohou být v kódující/nekódující oblasti genomu

- mají/nemají vliv na fenotyp; rozsah změn závisí na typu mutace; mohou vést ke smrti buňky (org.)

- genové (bodové) - týkající se jednotlivých genů, mění nukleotidy nebo jejich pořadí

- chromozómové - týkající se struktury chromozómů, mění strukturu chromozomu na větším úseku

- genomové - týkající se počtu chromozómů; aneuploidie a polyploidie

fyzikální mutageny (ionizační/ deionizační záření-mutagenní účinky)

- ionizační záření – X záření, gama, kosmické záření; využíváno v klinické praxi

- navozuje změny struktury chromoz. (delece, duplikace, inverze, translokace) - dvojchromatid. zlomy

- kolize s atomy -> uvolnění elektronů -> vznik kladně nabitých volných radikálů -> další kolize...

- neionizační – UV; proniká do tkání jen povrchovou vrstvou buněk; snadná absorbce org. molekulami

- vznik dimerů tyminu a cytosinhydrátu; nezpůsobuje ionizaci; vyšší reaktivita molekul

chemické mutageny (alkylační látky, analogy bází, interkalační l., hydroxylační l. mutagenní účinky)

- alkylační látky - mutagenní pro replikující se i nereplikující se buňky; př.: EMS, MMS

- přidání alkyl. skupiny na jiné molekuly (báze) -> tranzice, transverze, chromozom. aberace; GC->AT

- analogy bazí – mutagenní pouze pro replikující se DNA; inkorporace do DNA během replikace

- př: 5-Bromuracil – jeho nestabilní forma dělá bodové mutace (GC->AT,AT->GC); 2-aminopurin

- interkalační látky – vmezeřují se do DNA -> posunové mutace (proflavin, etidiumbromid)

- hydroxylační látky – mutagenní jen pro replikující se DNA; změna GC na AT; hydroxylamin

- další – léky (antibiotika,cytostatika), pesticidy (insekticidy,herbicidy); aflatoxiny, mykotoxiny

biologické mutageny

- transponovatelné elementy – inzerce do DNA -> častá ztráta funkce genu -> mutantní fenotyp

- viry – inkorporace do DNA -> častá ztráta funkce genu -> mutantní fenotyp (onkogenní viry)

spontálnní mutace - tautomérie bází, deaminace, depurinace, depyrimidinace bází, apod.

- tautomerie bazí – stabilní forma bází - keto (TG) a amino (AC), nestabilní enol (TG) a imino (AC)

- deaminace - adenin -> hypoxantin (změna AT na CG); cytosin -> uracil (CG na AT); guanin -> xantin

- depurinace – ztráta purinové báze (přerušení vazby mezi deoxyribózou a purinem)/depyrimidinace

- sklouznutí DNA polymerázy - během replikace/lokální denaturace a následné reparace; delece, adice

- kdekoliv v DNA molekule, nejčastěji v oblastech s repetitivními sekvencemi (CA) - hotspots

mutační rychlost / frekvence

- mutační rychlost – počet mutací vzniklých v dané pozici u všech členů populace za jednotku času

- nízká rychlost, mezidruhová variabilita, variabilita mezi různými geny u jednoho organismu

- mutační frekvence – počet výskytů konkrétní mutace vyjádřený jako podíl buněk (jedinců) v populaci

- rychlost i frekvence – představují mutace fixované v DNA (většina spontánních chyb je opravena)

mutace spontánní/ indukované, somatické/ gametické, autozomální/ gonozomální, domin./ reces.

- spontánní mutace – přirozený vnik bez známé příčiny, většinou při replikaci

- změna v nukleotidové sekvenci -> změna v AMK sekvenci -> změna fenotypu (ne vždy)

- indukované – vznikly působením různých mutagenů (= faktory a látky indukující vznik mutací)

- somatická – projev pouze u potomků somatické buňky, nepřenáší se gametamy na potomky

- recesivní – neprojeví se ve fenotypu (diploidní organismy); dominantní - projeví

- gametická – v gametách; recesivní – v potomstvu se neprojeví; dominantní – projev v potomstvu

- autozomální - geny na autozomech; domin. – s. (větší vliv na fetotyp); g. (vliv na fenotyp potomka)

- recesivní - somat. (obvykle ne změna fenotypu); gamet.(může i nemusí mít vliv na fenotyp potomka)

- gonozomální - na gonozomech; domin. – som. (větší vliv na fenotyp); gam. (vliv na fetotyp potomka)

- reces. – somat. (detekce u heterogametického pohlaví); gamet. (vliv na fenotyp heterog. potomka)

typy mutací a jejich charakteristika (podle typu molekulární změny a fenotypového efektu)

- bodové změny – změna týkající se jen 1 nukleotidového páru; spočívá v inzerci, deleci, substituci

- inzerce, delece – nejjednodušší; substituce – záměna 1 nukleotidu/nukleotidového páru

- transice – pyrimidin za pyrimidin, nebo purin za purin (C-T nebo A-G)

- transverze – Py za Pu (A-C, A-T, G-C, G-T)

- vliv na translaci – inzerce, delece -> posunová mutace; častý vznik STOP kodónů, změna pův. STOP k.

- substituce – změny na úrovni sekvence polypeptidu; změny kodónu

- synonymní - změna kodónu pro určitou AMK na kodón pro stejnou AMK (same sence)

- měnící smysl kodónu – změna k. pro AMK v jiný kodón pro jinou AMK (missence)

- nesmyslné – změna kodónu pro určitou AMK ve stop kodón (nonsence)

- tichá mutace – v nekodujících oblastech, exonech, intronech; většinou nemá vliv na fenotyp

- neutrální mutace –missence; změna kodónu, zařazení podobné AMK -> zanedbatelný vliv na fenotyp

- sestřihová mutace – odstranění exonu (v 3’ sestřihovém místě); nebo zachování intronu (v 5’)

- regulační mutace - mutace genu, který kóduje produkt účástnící se regulace transkripce jiného genu

- mutace v promotorech -> změna genové exprese -> potlačení/zvýšení transkripce

- polární mutace – vliv na expresi 1 či několika okolních genů, které jsou na straně genu s mutací

- expanze trinukleotidových repetic – vytvoří se vlásenka, není odstraněna

- vyznívající mutace – netýkají se DNA, dochází k nim při transkripci, slábne postupem času

- reverze – zpětná mutace – ve stejném místě jako mutace přímá, navrátí zpátky fenotyp

- supresorová mutace – někde jinde, maskuje přímou mutaci

- enhancerová m. - opak supresor., zvýšení projevu mutant. fenot. vzniklého přímou mut.(až letalita)

- ztrátová mutace - snížení nebo ztráta funkce produktu mutovaného genu; amorfní, hypormorfní

- dominantní – snížení g.produktu u heterozygota pod úroveň nutnou pro vznik normálního fenotypu

- recesivní - úplná ztráta funkce - produkt nevzniká; částečná – produkt vzniká za určitých podmínek

- zisková - zvýšení fce, zisk nové vlastnosti produktu mutovaného g.; většinou dom.; hyperm., neom.

- mutátorové geny – mutace v těchto genech zvyšuje frekvenci mutací v jiných genech

- geny, jejichž produkty se účastní při replikaci, reparaci DNA -> větší náchylnost k chybám

- vysoká úroveň nestability, hromadění mutací typická pro nádor. buňky (dědičná rakovina t.střeva)

- letální mutace - recesivní - zachovány především u heterozygotů; neobvyklé štěpné poměry v F2

- dominantní - projev brzy v ontogenezi - ztráta během 1 generace; později - přenos do další generace

- Tay-Sachsova choroba - mentální retardace, slepota, autozom.rec.,letalita mezi 3.-4. rokem

- podmíněné letální mutace – letalita pouze za určitých podmínek; jinak normální životaschopnost

- auxotrofní - neschopnost syntetizovat metabolity (AMK, puriny, vitaminy); fenylketonurie

- teplotně-senzitivní mutace – labilita produktu za určitých teplot (ne vždy letalita)

- supresor-senzitivní mutace – životaschopnost pouze v přítomnosti supresoru

- sterilní – limitace reprodukčních schopností; behaviorální – vliv na chování organismu

mutace a rakovina (onkogeny, tumor supresorové geny)

- rakovina - mutace - vedou k nekontrolovatelnému dělení a transformaci buněk na nádorové

- více nezávislých mutací; r. buňky - vyšší mutační rychlost, chromoz. abnormality, nestabilita genomu

- onkogeny – virové onkogeny nebo protoonkogeny (u člověka identfikováno zatím 100 onkogenů)

- mutace / aberantní aktivace protoonkogenů→onkogen→nádor (tj. vznik onkogenu = zisk funkce)

- tumorsupresorové geny – jejich produkty potlačují nekontrolované buněčné dělení

- jejich inaktivace může vést ke vzniku nádoru (dojde ke ztrátě inhibiční aktivity; mutace = ztráta fce)