Мутационна изменчивост. Генни, хромозомни и геномни мутации при човек

Мутационна изменчивост
Генни, хромозомни и геномни
мутации при човек

Мутация (Lat. Mutare) – трайни качествени и количествени
изменения на наследствения материал на различни нива на
организация с ниска честота (<10
-3
) в популацията
•Според количеството засегнат
генетичен материал:
–Генни – нуклеотидна
последователност или един
нуклеотид в един ген
–Хромозомни – структурата на
отделни хромозоми от генома
–Геномни- целия геном
•Според начина на възникване:
–Спонтанни
–Индуцирани
•Според тежеста на мутацията:
–Летални
–Сублетални
•Според вида засегнати клетки :
–Соматични
–Герминативни
–Мозайчни форми
(бластомер)
•Според вида засегнат признак
–Морфологични
–Биохимични
–Физиологични
•Според начина на
унаследяване:
–Доминантни
–Рецесивни

Генни мутации
Точкови Блокови
субституция
делеция
инсерция
трансверзии транзиции
делеции
инсерции
инверсии
транслокации
субституции
Миссенс
missense
Нонсенс
nonsense
Неутрални
neutral
Мълчащи
silence
Субституциите в гени кодиращи белтъци в зависимост от
фенотипната изява биват:

Еднобазовите мутации се наричат още точкови мутации и
са причина за молекулни болести
•Трансверзия – замяна
(субституция) на
пуринова база (А или G)
с пиримидинови (C или
T) или обратно.
•Транзиция – замяна
(субституция) на пуринова
база (А или G) с пуринова
база или пиримидинови (C
или T) с пиримидинови.

Видове мутации, в зависимост от ефект върху
кодирания белтък
•Ако субституцията води до промяна на един кодон, кодиращ
една АК с друг, кодиращ различна АК, тази мутация
фенотипно се означава като миссенс (missense – объркан
смисъл).

Стректура на хемоглобина(Hb)
Хемоглобинът HbA1 е тетрамер, съставен
от две алфа-вериги и две вета-вериги.
Хемоглобинът е от решаващо значение за
доставката на кислород
•Глобин –
полипептидна
верига
•Хем – Fe йон +
протопорфирин

•Пример за миссенс
мутация се наблюдава
при сърповидно
клетъчната анемия.
•В бета-веригата на
хемоглобина 6-тата АК
е глутамат, при замяна
на нуклеотид А от
кодона GAG с Т
(трансверзия) се
получава кодона GTG
кодиращ АК валин.
HbS е по-слабо разтворим и се получават
хидрофобни полимери подържани от
хидрофобните връзки между валина на 6-то
място.
Полимеризацията променя формата на
еритроцитите от двойно вдлъбнат диск в
сърповидна форма.

Схема на
електро-
фореза на
хемоглобин

•Диагностика на хемоглобинопатии: наблюдение на кръвна
натривка, електрофореза на Hb, генетични изследвания.
•Електрофореза на хемоглобин – HbA (HbA1 и HbA2) ; HbF-
нормални хемоглобини; HbC; HbS – абнормални хемоглобини.
Притежават различна електроподвижност
1,5- Стандарт за Нb
2 – нормален въз-
растен индивид –HbA
3 – нормално ново-
родено HbF+HbA;
4 -;
6,8 –
7-

•Ако субституцията води до промяна на един кодон,
кодиращ дадена АК с някой от стоп кодоните (в иРНК-
UAA, UAG, UGA), тази мутация фенотипно се означава
като нонсенс (nonsense – без смисъл).
Синтезираният мутантен белтък е по-къс,
нефункционален.

Нонсенс мутация се наблюдава при муковисцедоза
•Белтъкът наречен cystic fibrosis
transmembrane conductance regulator
(CFTR) е изграден от 1480 АК и е
отговорен за транспорта на хлорни
йони извън клетката.
•Генът кодиращ CFTR (7q31.2) е
изграден от над 6000 нд, над 27
екзона.
•Транзицията C  Т в нуклеотид 1609
променя кодона CAG- кодиращ Gln-
глутамин в STOP кодон ТАG.
•Пациенти с този вид муковисцедоза
имат само първите 493 АК, вместо
нормалната ППВ на CFTR от 1480 АК.
•Белтъка CFTR не е функционален.

•Над 700 вида мутаци са описани при cystic fibrosis, които се
обобщават в 5 класа в зависимост от ефекта им на CFTR protein.
•

–Видови мутации при cystic fibrosis
12% 87% 5% 5% 5%

•Мълчаща мутация –
субституция която
води до появата на
синонимен кодон на
същата АК. Не се
променя смисъла на
белтъчната секвенция.
•Неутрална мутация –
субституция която
води до появата на нов
кодон на сходна по
заряд АК
(Lys Arg, Ala Gly).

Frameshift мутации (изместване на рамката на четене)
•Делеция – отпадане на
един (точкова) или няколко
нуклеотида (блокова).
•Инсерция – прибавяне на
един (точкова) или няколко
нуклеотида (блокова).
•В резултат на делеция или
инсерция фенопитно може
да се измести рамката на
четене (frameshift
мутация).
•Frameshift мутациите често
създават нови STOP
кодони и така генерират
nonsense мутация.

•Блокови мутации, при които се инсертират или делeтират
три нд. или брой кратен на три (6, 9, 12) формиращи 1 или
съответно (2, 3, 4) кодона фенотипно не се наблюдава
изместване рамката на четене, а от ППВ отпадат или се
добавят съответните АК.
•Например делеция на три
(СТТ) нд при екзон 10 на
муковисцедозния ген води
до отдадане на АК
фенилаланин- F 508.
•Този тип мутация е най-
често срещаната при
пациенти с муковисцедоза -
64%.
Блокови мутации – мутации засягащи повече от една
нуклеотидна двойка

В резултат на блокова делеция в гена за дистрофин и в
зависимост от това дали възниква STOP кодон или не, се
наблюдават два типа мускулна дистрофия:
тип Дюшен и тип Бекер
•Делецията протича в гена
за дистрофин (Xp21.2) –
79 екзона; 2.3 млн нд.
•Дистрофинът формира
комплекс с много други
белтъци и има структурна
и функционална роля за
съкращението на
мускулните влакна.

•Синтезира се скъсен или не се синтезира въобще
дистрофин– Мускулна дистрофия тип Дюшен
•Синтезира се променен, но функциониращ дистрофин –
Мускулна дистрофия тип Бекер

•Мускулна дистрофия тип Дюшен е с по-тежка клиника:
начало преди 5г.; инвалидизация преди 13г., мускулна
слабост, хипертрофия на прасците.
•Мускулна дистрофия тип Бекер е с по-слабо изразени
симптоми: начало след 10г.; инвалидизация след 16г.,
спазми в мускулите при натоварване
Тест за мускулна дистрофия

•Всички видове генни мутации могат да засегнат и белтък-
некодиращи регулаторни области, като: промотори, енхансери,
интрони от даден ген. Този тип мутации променят регулацията на
генната експресия на засегнатия ген (напр. таласемии).
Най-често идентифицирания алел в лица с европейски произход с
метаболитно заболяване фенилкетонурия е точкова мутация (G-в-A на
сенс-веригата на ДНК), която съответства на промяна от 5'- GU да 5'-
AU в сплайс мястото на 12 интрон.
Това води до скъсен протеин фенилаланинхидроксилаза, липсва 52
аминокиселини в С-края. Този резултат е нестабилна протеин с почти
нулева ензимна активност.

Механизми за подържане честотата на мутациите в
популацията
•Дължи се основно на естествения отбор, който утвърждава в
еволюцията “изгодната”мутация.
•Например: сърповидно-клетъчна анемия и малария като фактори
на отбора.
•Високата честота на гена за HbS в маларийни райони се дължи на
балансиран полиморфизъм – полиморфизъм подържан от
естествения отбор насочен срещу хомозиготи.
•Когато честотата на мутацията е над 1% се нарича полиморфизъм

Експанзия на тринуклеотидни
повтори
•Възниква, когато ДНК не се копира
правилно, ДНК-пол може да "заеква",
когато го реплицира и няколко
тандемни копия от сегмента се
повтарят.
Над 24 различни генетични
болести основно
невродегенеративни
заболявания:
Болестта на Хънтингтън e с
автозомно-доминантен тип на
унаследяване и се проявява
обикновено след 30г. възраст,
като завършва често със смърт
до 15-20г. след първите прояви.
Водещи симптоми на болестта
на Хънтингтън са: двигателни
смущения, парализа, деменция,
психични отклонения.
Динамичната мутация е
свързана с експанзия на
тринуклеотида CAG, чиято
норма варира от 10 до 34
повтора. При над 39 до 200
CAG се развива болестта
–Синдром на чупливата Х-
хромозома

•Миотонична мускулна дистрофия е AD
заболяване на мускулите. Основни симптоми
са: мускулна aтрофия, миотония, катаракт,
изоставане в умственото развитие.
•В зависимост от генетичния фактор отговорен
за развитие на заболяването се различават два
типа миотонична мускулна дистрофия.
•При тип-1 тринуклеотида CTG е повторен от
37 до 2000 пъти в 3’UTR-3’нетранслиращата
се област на гена DMPK- dystrophy myotonic
protein kinase локализиран в 19q13.3
•При тип-2 миотонична дистрофия
тетрануклеотида CCTG е повторен от 75 до 11
000 пъти в интрон на гена ZNF9-zinc finger
protein 9 локализиран в 3q21.

–Пациент с
миотонична
дистрофия
Експанзия на нуклеотидни повтори в белтък-
некодиращи секвенции (промотор, интрон,
3’UTR)

Класификация на молекулни болести (11000 в PubMed) в
зависисимост от функцията на променения белтък
•Промяна в белтъци с транспортна функция:
А. Транспорт на газове:
–Хемоглобинопатии – промяна в структурата на синтезирания
белтък
–Таласемии - промяна в количеството на синтезирания белтък
В. Транспорт на йони:
–За хлорни йони - муковисцедоза
•Промяна в белтъци със структурна функция:
–Съединителна тъкан – дефект на проколаген
–Мускулна тъкан – дефект на дистрофин
•Вродени грешки на обмяната (ВГО) или наследствени
ензимопатии, дефекти:
–в обмяната на АК, на въглехидратите, на липиди, пероксизомни
или лизозомни болести,
–наследствени имунодефицити, фармакогенетични дефекти

Молекулни болести с висока честота
Заболяване Тип на мутация, засегнат ген честота
Муковисцедоза Нонсенс, миссенсес, точкова и блокова
делеция и др. в гена за CFTR
1/1600 кавказка раса
Мускулна дистрофия
тип Дюшен
Блокова делеция, дупликации, точкови
мутации в гена за дистрофин
1/3000 момчета (X-
свързана)
Хемофилия А Инверсия, делеция, нонсенсмутация е
гена за фактор VIII
1/10,000 момчета (X-
свързана)
Фенилкетонурия Дефект в фенилаланин дехидроксилаза-
Вродени грешки на обмяната (ВГО)
1/15,000
Галактоземия Дефект в галактозо-1-фосфат
уридилтрансфераза - ВГО
1/40,000

Сърповидно
клетъчна анемия
Миссенс мутация в -веригата на
хемоглобина-хемоглобинопатия
1/400- U.S. 40%
хетерозиготи-Западна
Африка
-таласемия Мутация в -веригата на хемоглобина-
хемоглобинопатия
1/400 в
Средиземноморски
страни