Kereteltolásos mutációdefiníció

A kereteltolásos mutációk a genom olyan beillesztései vagy törlései, amelyek nem szerepelnek három nukleotid többszörösében. Az inszerciós-deléciós (indel) mutációk részhalmaza, amelyek kifejezetten megtalálhatók a polipeptideket kódoló szekvenciában. Itt a kódoló szekvenciából hozzáadott vagy eltávolított nukleotidok száma nem háromszorosa. Rendkívül egyszerű mutációkból származhatnak, például egyetlen nukleotid hozzáadásából vagy eltávolításából. Szubsztitúciós mutációkban a polipeptid csak egyetlen aminosavval változik. A kereteltolásos mutációk szintén nem tartalmaznak indeleket a genom nem kódoló vagy szabályozó régióiban, mivel ezek a mutációk nincsenek közvetlen hatással az aminosav-szekvenciára, bár a fehérje szabályozása megváltozhat.

A Frameshift mutációk hatása

A kereteltolásos mutációk a fehérje kódoló szekvenciájának legkárosabb változásai közé tartoznak. Rendkívül valószínű, hogy nagymértékű változásokhoz vezetnek a polipeptid hosszában és kémiai összetételében, ami egy nem funkcionális fehérjét eredményez, amely gyakran megzavarja a sejt biokémiai folyamatait. A kereteltolásos mutációk az mRNS transzlációjának idő előtti végéhez, valamint egy kiterjesztett polipeptid kialakulásához vezethetnek.

A frame shift eltolódás utáni aminosavszekvenciák valószínűleg kémiailag is megkülönböztethetőek az eredeti szekvenciától. . Például, ha egy frame-shift mutáció történik egy integrált transzmembrán fehérjében, az nagymértékben megváltoztathatja a lipid kettős réteget átívelő hidrofób maradékok szakaszát, lehetetlenné téve, hogy a fehérje jelen legyen a szubcelluláris helyén. Ilyen hibák előfordulása esetén a sejt gyakran észleli a funkcionális fehérje hiányát, és megpróbálja kompenzálni a mutált gén expressziójának szabályozásával. Ez akár a sejt transzlációs mechanizmusait is elboríthatja, nagyszámú rosszul összehajtott fehérjét eredményezhet, ami végül akár a sejthalál összes funkciójának nagymértékű károsodásához vezethet.

A gének kereteltolódási mutációi által okozott betegségek a Crohn-kór, a cisztás fibrózis és a rák egyes formái. Másrészt, amikor egyes fehérjék diszfunkcionálissá válnak, védőhatásuk lehet, amint az a HIV-rezisztenciában megfigyelhető, olyan embereknél, akiknél kemokinreceptor gén (CCR5) van, és egy frame-shift mutációt tartalmaz.

Mivel a framehift mutációk általában minden sejt genetikai anyagának változásai, ritkán találunk gyógyírt. A legtöbb beavatkozás palliatív.

A genetikai kód

A framehift mutációk jelenlétének legfőbb oka a test mechanizmusa a genetikai információk aminosav-szekvenciákká történő átalakítására egy triplett-alapú genetikai kód segítségével. . Ez azt jelenti, hogy egy mRNS minden három nukleotidkészlete egy aminosavat vagy egy utasítást jelent a transzláció leállítására.

A genetikai kód felfedezése

Mendel kezdeti kísérletei a genetikai transzmisszióval a genetikai információt hordozó különálló fizikai és kémiai entitás felé mutató tulajdonságok. A sejtek tömeges biokémiai elemzése alapján négy fő komponenst detektáltak – szénhidrátokat, zsírokat, fehérjéket és nukleinsavakat. Ezen összetevők bármelyike képviselhet genetikai anyagot.

A genom kémiai jellegének kezdeti vizsgálata azt feltételezte, hogy a 20 aminosavval rendelkező fehérjék valószínűleg hordozzák Mendel faktorait vagy génjeit. Későbbi kísérletek azonban azt mutatták, hogy a nukleinsavak hordozzák a genetikai információkat. Ez érdekes nehézséget jelentett. Míg a nukleinsavakat kémiailag 4 különböző nukleotidból álló polimerként elemezték, nem volt világos, hogy a test káprázatos formáinak és funkcióinak sokféle információja csak 4 nukleotidból származhat.

Triplet Codon

Kicsit később a molekuláris biológia központi dogmája jelezte, hogy a legtöbb organizmus RNS-t használt köztitermékként a DNS és a fehérjék között. Ez felvetette a következő kérdést, hogy négy bázis hogyan hordozhatja az információt 20 aminosav kódolására. Ha minden nukleotid egyetlen aminosavat kódol, akkor csak négy aminosavat lehet megbízhatóan és reprodukálhatóan kódolni. Ha minden két nukleotid egy aminosavat kódolna, akkor is csak 16 aminosavhoz vezetne. Ezért legalább három nukleotidra volt szükség 20 aminosav kódolásához. Ezeket a nukleotid tripletteket kodonoknak nevezték el. Ez a redundancia gondolatát is felvetette – minden aminosavat egynél több kodon triplett képviselhet.Egyes kísérletek arra is rávilágítottak, hogy a kodonokat a transzlációs gép 3 bázis különálló darabjaiként „olvasta”. Vagyis a riboszómák úgy látják ezeket a kodonokat, mint egy hárombetűs szavak sorozatát. Például, ha egy RNS-molekula AAAGGCAAG szekvenciával rendelkezik, akkor legfeljebb 3 aminosavat képes kódolni a 3 AAG, GGC és AAG kodonból.

Riboszóma transzlokáció

A riboszóma három bázissal halad előre, miután minden aminosav kapcsolódott a növekvő polipeptidlánchoz. A riboszóma mozgásának fontos oka annak, hogy a frame-shift mutációk károsak és aránytalan hatással vannak a fehérje működésére. Például, ha a riboszóma minden egyes esetben csak egyetlen bázissal mozog, akkor az előző 9 nukleotidot tartalmazó mRNS AAA, AAG, AGG, GGC, GCA, CAA és AAG néven olvasható, ami 7 aminosavból álló polipeptidet eredményez. Ha a riboszóma transzlokációja egyszerre csak egy bázist mozgatott meg, akkor egyetlen nukleotid beillesztése csak kismértékű változást eredményezett az aminosavszekvenciában, és valószínűleg egyáltalán nem változott a polinukleotid hossza. / h3>

Az előző példában a polinukleotidlánc maximum 3 aminosavat képes kódolni. Azonban az upstream régióktól függően a stretch dobozok is csak 2 aminosavat eredményeznek. Vagyis, ha a riboszóma kezdetben az AAA helyett az AAG-hoz vagy az AGG-hez igazodik, akkor a nukleotid polimert más módon olvassák le. Ily módon, a fordítás kezdőhelyének helyzetétől függően, bármely kódoló szekvencia 3 különböző módon olvasható. Mivel a legtöbb DNS komplementer kettős szálakból áll, összesen 6 különböző „leolvasási kerethez” vezet, amelyek közül csak az egyik eredményezi a végleges fehérje megfelelő aminosav-szekvenciáját.

Ha azonban egy indel mutáció, eltolódás van az olvasási keretben a mutáció után. Ennek eredménye egy frame-shift mutáció.

Példák a Frame Shift mutációra

A fenti képen látható a nukleotid és aminosav szekvenciák egy vad típusú fehérjében, valamint egy nukleotid inszerció eredménye, amely helytelen aminosavak beépüléséhez és a polipeptid szintézis idő előtti végéhez vezet. Míg az eredeti mRNS szekvenciája AUG AAG UUU GGC AUA GUG CCG, egy extra uracil maradéknak a kilencedik pozícióba történő beillesztése megváltoztatja az olvasási keretet. Ahelyett, hogy 7 aminosavból álló polipeptidet állítana elő, kezdve a metioninnal és folytatva a prolinig, 4 aminosav után fejeződik be, helytelenül beiktatott leucin- és alanin-maradékokkal.

Az alábbi kép a mutációk különböző típusait mutatja be. súlyosan befolyásolja az aminosav-szekvenciát. Az A panel 2 bázis szubsztitúcióját mutatja, amely korai stop kodont eredményez, amely csonkolja a fehérjét. A B és D panel bemutatja egyetlen nukleotid inszerciójának vagy 4 nukleotid deléciójának hatását. Mindkét esetben egy frame-shift mutáció megváltoztatja az összes downstream aminosav szekvenciát. A C panel az indelek olyan részhalmaza, ahová 3 (vagy 3) többszörös nukleotidot inszertálnak vagy törölnek. Nincs framehift mutáció. Ebben a bizonyos típusú indel mutációkban a mutált nukleotidok száma meglehetősen alacsony, a fehérje működésére is nagyon korlátozott hatással lehet

• A riboszóma A-helye – az a riboszomális hely, amely többnyire bejövő tRNS-t kap, amely aminosavmaradékkal van feltöltve. Peptidkötések keletkeznek az A-helyen.
• Radiojelzés – más néven radioizotóp-jelölés, olyan technika, amelyet egy adott molekula mozgásának kimutatására használnak kémiai, biokémiai vagy sejtrendszeren keresztül a radioaktív izotópokkal rendelkező reaktánsokban levő atomok.
• Stop-kodonok – Nukleotid-szekvenciák, különösen a transzláció végét jelző mRNS-ben. Az UAA, az UAG és az UGA a kanonikus stopkodonok.
• Vad típus – Általánosan megtalálható törzs, gén vagy jellemző, amelyről azt észlelik, hogy a fenotípus eredeti formája volt.

Kvíz

1. Ezek közül melyik eredményezne váltáseltolásos mutációt?
A. 3 nukleotid beillesztése
B 18 nukleotid törlése – C. 17 nukleotid beillesztése
D Az összes fenti

2. Hogyan változtathatja meg drasztikusan az egyetlen nukleotid által okozott kereteltolásos mutáció a polipeptid hosszát?
A. Az olvasási keret megváltoztatása megváltoztatja a fordítás leállításának helyét
B. Egy nukleotid beillesztése vagy törlése befolyásolja az aminosav hosszát
C. A riboszóma A-hely nem képes továbbhaladni a mutációs helyen
D Az összes fenti

3. Miért viszonylag ritkák a képeltolásos mutációk?
A. A kritikus fehérjékben a frame-shift mutációk életképtelen terhességet eredményezhetnek. Különösen gyorsan helyrehozzák őket a sejt C DNS-helyreállító mechanizmusai. Nukleotidot nehéz beilleszteni vagy törölni egy DNS szakaszba
D Az összes fenti