GENMUTATIES: WAARUIT ZE BESTAAN, SOORTEN EN GEVOLGEN - BIOLOGIE - 2026

De genmutaties of specifiek zijn die waarbij één allel van een gen verandert, een ander wordt. Deze verandering vindt plaats binnen een gen, op een locus of punt, en kan worden gelokaliseerd.

Integendeel, bij chromosomale mutaties worden meestal sets chromosomen, een volledig chromosoom of segmenten ervan aangetast. Het gaat niet noodzakelijk om genmutaties, hoewel het kan voorkomen in het geval van chromosoombreuken die een gen beïnvloeden.

Figuur 1. Mutatie in een gen dat de vorm van de muisstaart regelt. Bron: door (foto met dank aan Emma Whitelaw, University of Sydney, Australië.), Via Wikimedia Commons

Met de ontwikkeling van moleculaire tools toegepast op DNA-sequencing, werd de term puntmutatie opnieuw gedefinieerd. Tegenwoordig wordt deze term vaak gebruikt om te verwijzen naar veranderingen in een paar of enkele aangrenzende stikstofhoudende basenparen in DNA.

Wat zijn mutaties?

Mutatie is het typische mechanisme dat genetische variatie in populaties introduceert. Het bestaat uit de plotselinge verandering in het genotype (DNA) van een organisme, niet als gevolg van recombinatie of genetische herschikking, maar als gevolg van overerving of het effect van negatieve omgevingsfactoren (zoals toxines en virussen).

Een mutatie kan het nageslacht overstijgen als het voorkomt in geslachtscellen (eicellen en sperma). Het kan kleine variaties in het individu veroorzaken, enorme variaties - zelfs ziektes veroorzaken - of ze kunnen zwijgen, zonder enig effect.

Variaties in het genetisch materiaal kunnen dan fenotypische diversiteit in de natuur genereren, of het nu gaat om individuen van verschillende soorten of zelfs om dezelfde soort.

Typen gen- of puntmutatieveranderingen

Er zijn twee soorten veranderingen in genmutaties:

Stikstofbasis verandert

Ze bestaan ​​uit de vervanging van een paar stikstofbasen door een ander. Ze zijn op hun beurt onderverdeeld in twee typen: overgangen en transversies.

• Overgangen: omvatten de vervanging van de ene basis door een andere van dezelfde chemische categorie. Bijvoorbeeld: een purine voor een andere purine, adenine voor guanine of guanine voor adenine (A → G of G → A). Het kan ook het geval zijn dat een pyrimidine wordt vervangen door een ander pyrimidine, bijvoorbeeld: cytosine voor thymine of thymine voor cytosine (C → T of T → C).
• Transversies: zijn veranderingen waarbij verschillende chemische categorieën betrokken zijn. Bijvoorbeeld, het geval van verandering van een pyrimidine naar een purine: T → A, T → G, C → G, C → A; of een purine voor een pyrimidine: G → T, G → C, A → C, A → T.

Volgens afspraak worden deze veranderingen beschreven met verwijzing naar dubbelstrengs DNA, en daarom moeten de basen waaruit het paar bestaat, worden gedetailleerd. Bijvoorbeeld: een overgang zou GC → AT kunnen zijn, terwijl een transversie GC → TA zou kunnen zijn.

Figuur 2. Soorten puntmutatieveranderingen. Bron: (Door Sara - Eigen werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24341301)

Invoegingen of verwijderingen

Ze bestaan ​​uit het binnenkomen of verlaten van een paar of meerdere paren nucleotiden van een gen. Hoewel de eenheid die wordt beïnvloed de nucleotide is, verwijzen we meestal altijd naar het paar of de paren basen die erbij betrokken zijn.

Gevolgen

-Basisconcepten

Om de gevolgen van genmutaties te bestuderen, moeten we eerst twee fundamentele eigenschappen van de genetische code bekijken.

1. De eerste is dat de genetische code gedegenereerd is. Dit betekent dat hetzelfde type aminozuur in het eiwit kan worden gecodeerd door meer dan één triplet of codon in het DNA. Deze eigenschap impliceert het bestaan ​​van meer tripletten of codons in het DNA dan soorten aminozuren.
2. De tweede eigenschap is dat genen stopcodons bezitten, die worden gebruikt voor het beëindigen van translatie tijdens eiwitsynthese.

-Scenario's van genmutaties

Strut-mutaties kunnen verschillende gevolgen hebben, afhankelijk van de specifieke plaats waar ze voorkomen. Daarom kunnen we twee mogelijke scenario's visualiseren:

1. De mutatie treedt op in een deel van het gen waarin het eiwit is gecodeerd.
2. De mutatie treedt op in regulerende sequenties of andere soorten sequenties die niet betrokken zijn bij het bepalen van het eiwit.

-Functionele gevolgen van het eerste scenario

Genmutaties in het eerste scenario leveren de volgende resultaten op:

Stille mutatie

Het gebeurt wanneer een codon verandert voor een ander codon dat codeert voor hetzelfde aminozuur (dit is een gevolg van de degeneratie van de code). Deze mutaties worden stil genoemd, omdat de resulterende aminozuursequentie in reële termen niet verandert.

U-bocht-mutatie

Het treedt op wanneer de codonverandering een aminozuurverandering bepaalt. Deze mutatie kan verschillende effecten hebben, afhankelijk van de aard van het nieuwe geïntroduceerde aminozuur.

Als het chemisch van aard is, vergelijkbaar met het origineel (synonieme substitutie), kan het effect op de functionaliteit van het resulterende eiwit verwaarloosbaar zijn (dit type verandering wordt vaak een conservatieve verandering genoemd).

Wanneer daarentegen de chemische aard van het resulterende aminozuur erg verschillend is van het origineel, kan het effect variabel zijn en kan het resulterende eiwit onbruikbaar worden gemaakt (niet-conservatieve verandering).

De specifieke locatie van zo'n mutatie binnen het gen kan verschillende effecten hebben. Wanneer de mutatie bijvoorbeeld optreedt in een deel van de sequentie die aanleiding geeft tot het actieve centrum van het eiwit, wordt verwacht dat de schade groter is dan wanneer deze optreedt in minder kritieke gebieden.

Onzin mutatie

Het gebeurt wanneer de wijziging een vertaalstopcodon genereert. Dit type mutatie produceert meestal difunctionele eiwitten (een afgeknot eiwit).

Invoegingen of verwijderingen

Ze hebben een effect dat equivalent is aan de onzinmutatie, hoewel niet identiek. Het effect treedt op wanneer het DNA-leesraam verandert (een fenomeen dat bekend staat als leesraamverschuiving of frameshift).

Deze variatie produceert een boodschapper-RNA (mRNA) met een vertraging ten opzichte van de plaats waar de mutatie (insertie of deletie) plaatsvond, en dus een verandering in de aminozuursequentie van het eiwit. De eiwitproducten die worden verkregen uit genen met dit soort mutaties, zullen totaal disfunctioneel zijn.

Uitzonderingen

Een uitzondering kan optreden wanneer inserties of deleties van precies drie nucleotiden (of veelvouden van drie) voorkomen.

In dit geval blijft het leeskader ondanks de wijziging ongewijzigd. Het kan daarom niet worden uitgesloten dat het resulterende eiwit disfunctioneel is, hetzij door de opname van aminozuren (in het geval van insertie), hetzij door het verlies ervan (in het geval van deleties).

-Functionele gevolgen van het tweede scenario

Mutaties kunnen optreden in regulatoire sequenties of andere sequenties die niet betrokken zijn bij het bepalen van eiwitten.

In deze gevallen is het effect van de mutaties veel moeilijker te voorspellen. Het zal dan afhangen van hoe de puntmutatie de interactie van dat fragment van DNA met de meervoudige regulatoren van genexpressie beïnvloedt.

Nogmaals, het breken van het leeskader of het simpele verlies van een fragment dat nodig is voor de binding van een regulator, kan effecten veroorzaken die variëren van de disfunctionaliteit van de eiwitproducten tot het gebrek aan controle over de hoeveelheden ervan.

- Frequente gevallen die tot ziekten leiden

Een voorbeeld van een zeer zeldzame puntmutatie is de zogenaamde gain-of-sense-mutatie.

Dit bestaat uit de transformatie van het stopcodon in een coderend codon. Dit is het geval bij een variant van hemoglobine genaamd Constant Spring Hemoglobine (allelische variant HBA2 * 0001), veroorzaakt door de verandering van het stopcodon UAA naar het codon CAA.

In dit geval resulteert de puntmutatie in een onstabiele α-2-hemoglobine, verlengd met 30 aminozuren, wat een bloedziekte veroorzaakt die alfa-thalassemie wordt genoemd.

Referenties

1. Eyre-Walker, A. (2006). De verdeling van fitheidseffecten van nieuwe schadelijke aminozuurmutaties bij mensen. Genetics, 173 (2), 891-900. doi: 10.1534 / genetica.106.057570
2. Hartwell, LH et al. (2018). Genetica van genen tot genomen. Zesde editie, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Menselijke genetica: concepten, mechanismen en toepassingen van genetica op het gebied van biogeneeskunde. Pearson Education, SA blz. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Genetica in de geneeskunde. Zevende editie. Saunders, blz. 578
5. Stoltzfus, A., en Cable, K. (2014). Mendelian-Mutationism: The Forgotten Evolutionary Synthesis. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501-546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2