14.4. Типы мутаций

Мутации являются начальным звеном патогенеза наследственных болезней.

По виду клеток, в которых произошли изменения, мутации можно разделить на:

гаметические (от греч. gamete - супруга), или генеративные, мутации в половых клетках. Они наследуются и, как правило, обнаруживаются во всех клетках потомков, ставших их носителями;

соматические - мутации в неполовых клетках организма. Проявляются у того индивида, у которого они возникают. Они передаются только дочерним клеткам при делении и не наследуются следующим поколением индивида. Если соматическая мутация возникает на ранних стадиях дробления зиготы (но не первого деления), возникают клеточные линии с различными генотипами. Чем раньше в онтогенезе происходит соматическая мутация, тем больше клеток и соответственно тканей несет данную мутацию. Подобные организмы получили название мозаичных. По влиянию на организм можно выделить:

1) летальные мутации - это мутации, которые приводят к внутриутробной гибели или к смерти в младенческом возрасте. Например, такая геномная мутация, как моносомия по аутосомам, учеловека несовместима с нормальным развитием эмбриона;

2) полулетальные мутации - мутации, значительно снижающие жизнеспособность организма, приводя к ранней смерти. Продолжительность жизни носителей полулетальных мутаций может значительно варьировать, однако в любом случае они погибают до достижения половой зрелости (например, при пигментной ксеродерме);

3) нейтральные мутации - мутации, не влияющие существенным образом на процессы жизнедеятельности;

4) благоприятные мутации - мутации, обеспечивающие организму новые полезные свойства.

В соответствии с уровнем организации наследственных структур различают генные, хромосомные и геномные мутации (рис. 14.3.1).

Рис. 14.3.1. Схема типов мутаций

Геномные и хромосомные мутации являются причинами возникновения хромосомных болезней.

14.5. Номенклатура мутаций

В 1992 г. американскими учеными Артуром Боде и Лап-Чи Тсуи была предложена универсальная стандартная система для обозначения разных мутаций. Она рассчитана как на запись аминокислотных замен в белках, так и на нуклеотидные замены и перестановки в ДНК. В первом случае каждой аминокислоте соответствует однобуквенный символ (табл. № 14.4.1), слева записывается нормальный вариант аминокислоты, справа - мутантный, а расположенный в центре номер соответствует месту замены в цепочке первичного продукта трансляции.

Таблица № 14.4.1

Обозначение аминокислот

Трехбуквенное обозначение	Аминокислота	Однобуквенное обозначение	Трехбуквенное обозначение	Аминокислота	Однобуквенное обозначение
Ala	Аланин	(A)	Leu	Лейцин	(L)
Arg	Аргинин	(R)	Lys	Лизин	(K)
Asn	Аспарагин	(N)	Met	Метионин	(M)
Asp	Аспарагин.к-та	(D)	Phe	Фенилаланин	(F)
Cys	Цистеин	(C)	Pro	Пролин	(P)
Gln	Глутамин	(Q)	Ser	Серин	(S)
Glu	Глутамин.к-та	(E)	Thr	Треонин	(T)
Gly	Глицин	(G)	Trp	Триптофан	(W)
His	Гистидин	(H)	Tyr	Тирозин	(Y)
Ile	Изолейцин	(I)	Val	Валин	(V)

Например, запись N44G означает замену аспарагина на глицин в 44-м положении полипептидной цепи, а А6559 - аланина на глутамин в положении 655 белкового продукта. Так записываются различные варианты аминокислотных замен при миссенс-мутациях. Буквой Х обозначается место остановки синтеза полипептидной цепи при нонсенс-мутациях. Например, G39X означает замену глицина на стоп-сигнал в 39-м кодоне, a W1282X - триптофан-триплета на стоп-кодон в положении 1282. Отсутствие одной или нескольких аминокислот обозначают значком дельта. Так, наиболее частая мутация, приводящая к муковисцидозу, дельтаF508 - означает отсутствие фенилаланина в 508-м положении трансмембранного регуляторного белка муковисцидоза.

Полиморфизмы, связанные с равноценной по функциональной значимости заменой аминокислот, записывают через косую черту. Например, M/V470 - метионин или валин в положении 470.

Принципиальная схема записи и нумерации нуклеотидов приведена на рис. 14.4.1.

Рис. 14.4.1. Принцип нумерации нуклеотидов в гене.

Отсчет нуклеотидов в молекуле ДНК начинается с первого смыслового кодона, так что нуклеотид под номером +1 соответствует первому нуклеотиду в молекуле кДНК. Вверх по течению (или справа налево от 3' к 5'-концу) от первого кодона нуклеотиды записывают со знаком "-", вниз по течению (от 5' - к 3') - со знаком "+". Для многих генов отсутствие точных данных о положении инициирующего сайта и наличие нескольких мест инициации транскрипции существенно затрудняют нумерацию нуклеотидов.

Нуклеотиды экзонов обозначают заглавными буквами, интронов - прописными.

В табл. № 14.4.2 даны примеры обозначения различных мутаций с использованием как аминокислотной, так и нуклеотидной нумерации.

Таблица № 14.4.2

Примеры обозначения мутаций в гене муковисцидоза

Название	Изменения в нуклеотидах	Позиция	Изменения в аминокислотах	Позиция	Экзон
Миссенс
D44G	A-G	263	Asp-Gly	44	2
A455E	C-A	1496	Ala-Glu	455	9
S549(A-C)	A-C	1777	Ser-Arg	549	11
S549(T-G)	T-G	1779	Ser-Arg	549	11
Нонсенс
Q39X	C-T	247	Gln-Stop	39	2
W1282X	G-A	3978	Trp-Stop	1282	20
Вставка, делеция, сдвиг рамки считывания
delF508	Делеция 3 п.о.	1652-1655	Делеция F	508	10
241delAT	Делеция AT	241	Сдвиг рамки		2
852del22	Делеция 22 п.о.	852	Сдвиг рамки		6a
1154insTC	Вставка TC	1154	Сдвиг рамки		7
Сплайсинг
621+1G-T	G-T	621+1	5`-сигнал		Интрон 4
622-2A-C	A-C	622-2	3`-сигнал		Интрон 4
3849+10kbC-T	C-T		Ошибочный сплайсинг		Интрон 19
Полиморфизмы
M/V470	AG	1540	M или G	470	10
1716G/A	GA	1716	Без изменений	528	10
125G/C	GC	125	5`-нетранслируемаяя область	-	-

Нуклеотидная система записи особенно важна для обозначения делеций, инсерций, сплайсинговых мутаций и полиморфизмов, не связанных с заменами аминокислот или происходящих в нетранслируемых частях гена. В случае делеции или инсерций одного или двух нуклеотидов приводится их буквенное обозначение. Например, 441delA, 485insTA. При делеции или инсерции трех и более нуклеотидов указывается только их число. Так, 852del22 означает делению 22 нуклеотидов, начиная с 852-го нуклеотида, a 3320ins7 обозначает вставку 7 пар оснований после нуклеотида 3320. В случае больших вставок или делеций их размеры указываются в килобазах, например, 2115 ins 13kb, или обозначаются соответствующие инсертированные/делетированные структурные элементы генома. Так, 2115insAlu означает инсерцию Alu-повтора после нуклеотида 2115.

При обозначении сплайсинговых мутаций записывают номер крайнего нуклеотида в ближайшем к мутации экзоне, число нуклеотидов (со знаком "+" в случае 3'-конца экзона и со знаком "-" в случае 5'-конца) и характер нуклеотидной замены. Например, запись 711+5G-T обозначает замену G на Т в 5-м основании интрона, следующего за экзоном, заканчивающимся 711-м нуклеотидом.