Typen en voorbeelden van DNA-mutaties

DNA-mutaties treden op wanneer er veranderingen zijn in de nucleotidesequentie die een DNA-streng vormt. Deze wijzigingen kunnen worden veroorzaakt door willekeurige fouten in de DNA-replicatie of door omgevingsinvloeden zoals UV-stralen of chemicaliën. Veranderingen op het nucleotideniveau beïnvloeden de transcriptie en translatie van gen naar eiwit-expressie. Het veranderen van slechts één stikstofbase in een sequentie kan het aminozuur veranderen dat tot expressie wordt gebracht door dat DNA-codon, wat kan leiden tot het tot expressie brengen van een volledig ander eiwit. Deze mutaties kunnen variëren van volledig onschadelijk tot potentieel fataal.

Puntmutaties

ALFRED PASIEKA / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images

Een puntmutatie - de verandering van een enkele stikstofbase in een DNA-sequentie - is meestal het minst schadelijke type DNA-mutaties. Codons zijn een opeenvolging van drie stikstofbasen op een rij die wordt "gelezen" door messenger RNA tijdens transcriptie. Dat boodschapper-RNA-codon wordt vervolgens vertaald in een aminozuur dat vervolgens een eiwit maakt dat door het organisme tot expressie wordt gebracht. Afhankelijk van de plaatsing van een stikstofbase in het codon, heeft een puntmutatie mogelijk geen effect op het eiwit.

Omdat er slechts 20 aminozuren zijn en in totaal 64 mogelijke combinaties van codons, worden sommige aminozuren gecodeerd door meer dan één codon. Vaak wordt het aminozuur niet beïnvloed als de derde stikstofbase in het codon wordt gewijzigd. Dit wordt het wiebeleffect genoemd. Als de puntmutatie optreedt in de derde stikstofbase in een codon, heeft dit geen effect op het aminozuur of het daaropvolgende eiwit en verandert de mutatie het organisme niet.

Hooguit zal een puntmutatie ervoor zorgen dat een enkel aminozuur in een eiwit verandert. Hoewel dit meestal geen dodelijke mutatie is, kan het problemen veroorzaken met het vouwpatroon van dat eiwit en de tertiaire en quaternaire structuren van het eiwit.

Een voorbeeld van een puntmutatie die niet onschadelijk is, is de ongeneeslijke bloedziekte sikkelcelanemie. Dit gebeurt wanneer een puntmutatie ervoor zorgt dat een enkele stikstofbase in een codon voor één aminozuur in het eiwit glutaminezuur in plaats daarvan codeert voor het aminozuur valine. Deze enkele kleine verandering veroorzaakt dat een normaal ronde rode bloedcel in plaats daarvan sikkelvormig is.

Frameshift-mutaties

Frameshift-mutaties zijn over het algemeen veel ernstiger en vaak dodelijker dan puntmutaties. Hoewel slechts een enkele stikstofbase wordt aangetast, zoals in puntmutaties, wordt in dit geval de enkele base volledig verwijderd of wordt er een extra in het midden van een DNA-sequentie ingevoegd. Deze opeenvolgende verandering zorgt ervoor dat het leeskader verschuift - vandaar de naam "frameshift" mutatie.

Een verschuiving van het leeskader verandert de drieletterige codonsequentie voor messenger RNA om te transcriberen en vertalen. Dat verandert niet alleen het aminozuur - alle volgende aminozuren zijn ook veranderd. Dit verandert het eiwit aanzienlijk en kan ernstige problemen veroorzaken, die zelfs tot de dood kunnen leiden.

inserties

Een type frameshift-mutatie wordt een invoeging genoemd. Zoals de naam al aangeeft, vindt een invoeging plaats wanneer per ongeluk een enkele stikstofbase in het midden van een reeks wordt toegevoegd. Dit gooit het leeskader van het DNA weg en het verkeerde aminozuur wordt vertaald. Het duwt ook de hele reeks met één letter omlaag, waarbij alle codons die na de insertie komen worden gewijzigd, waardoor het eiwit volledig wordt gewijzigd.

Hoewel het invoegen van een stikstofbase de totale sequentie langer maakt, betekent dit niet noodzakelijkerwijs dat de lengte van de aminozuurketen zal toenemen. In feite kan het tegenovergestelde waar zijn. Als de insertie een verschuiving in de codons veroorzaakt om een ​​stopsignaal te creëren, wordt mogelijk nooit een eiwit geproduceerd. Zo niet, dan wordt een onjuist eiwit gemaakt. Als het veranderde eiwit essentieel is om het leven in stand te houden, zal het organisme hoogstwaarschijnlijk sterven.

Deletions

Verwijdering is een laatste type frameshift-mutatie en treedt op wanneer een stikstofbase uit de reeks wordt genomen. Nogmaals, hierdoor wordt het hele leeskader gewijzigd. Het verandert het codon en beïnvloedt ook alle aminozuren waarvoor wordt gecodeerd na de deletie. Net als bij een invoeging kunnen onzin en stopcodons ook op de verkeerde plaatsen verschijnen,

DNA-mutatieanalogie

Net als bij het lezen van tekst, wordt de DNA-sequentie "gelezen" door messenger RNA om een ​​"verhaal" of een aminozuurketen te produceren die zal worden gebruikt om een ​​eiwit te maken. Aangezien elk codon drie letters lang is, laten we eens kijken wat er gebeurt wanneer een "mutatie" voorkomt in een zin die alleen woorden van drie letters gebruikt.

DE RODE KAT AT DE RAT.

Als er een puntmutatie was, zou de zin veranderen in:

THC RODE KAT AT DE RAT.

De "e" in het woord "de" muteerde in de letter "c". Hoewel het eerste woord in de zin niet meer hetzelfde is, zijn de rest van de woorden nog steeds logisch en blijven ze wat ze zouden moeten zijn.

Als een invoeging de bovenstaande zin zou muteren, zou het kunnen luiden:

DE CRE DCA TAT ETH ERA T.

De invoeging van de letter "c" na het woord "de" verandert de rest van de zin volledig. Het tweede woord is niet langer logisch, noch woorden die erop volgen. De hele zin is veranderd in onzin.

Een verwijdering zou ongeveer hetzelfde doen als de zin:

HET EDC NEEMT HAAR BIJ.

In het bovenstaande voorbeeld is de "r" die had moeten komen na het woord "de" verwijderd. Nogmaals, het verandert de hele zin. Hoewel sommige van de volgende woorden begrijpelijk blijven, is de betekenis van de zin volledig veranderd. Dit toont aan dat zelfs wanneer codons worden veranderd in iets dat geen totale onzin is, het het eiwit nog steeds volledig verandert in iets dat niet langer functioneel levensvatbaar is.