Молчащие мутации ДНК: влияние на структуру и функцию белка.
Silent mutation
Беззвучные мутации ДНК: что это такое? Узнайте о типе нейтральных мутаций, не влияющих на фенотип, и их отличиях от синонимичных мутаций. Влияние на РНК.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Мутация ДНК, не оказывающая наблюдаемого эффекта на фенотип организма.
DNA mutation with no observable effect on an organism's phenotype
Беззвучные (молчащие) мутации – это мутации в ДНК, которые не оказывают наблюдаемого эффекта на фенотип организма. Они являются специфическим типом нейтральных мутаций. Термины "беззвучная мутация" и "синонимическая мутация" часто используются как взаимозаменяемые; однако, синонимические мутации не всегда являются беззвучными, и наоборот. Синонимические мутации могут влиять на транскрипцию, сплайсинг, транспорт мРНК и трансляцию, любой из которых может изменить фенотип, делая синонимическую мутацию не беззвучной.
Silent mutations are mutations in DNA that do not have an observable effect on the organism's phenotype. They are a specific type of neutral mutation. The phrase silent mutation is often used interchangeably with the phrase synonymous mutation; however, synonymous mutations are not always silent, nor vice versa. Synonymous mutations can affect transcription, splicing, mRNA transport, and translation, any of which could alter phenotype, rendering the synonymous mutation non silent.
Вторичная структура
Тихие мутации изменяют вторичную структуру мРНК. Вторичная структура белков состоит из взаимодействий между атомами основного каркаса полипептидной цепи, исключая R-группы. Одним из распространенных типов вторичных структур является альфа-спираль – правозакрученная спираль, формирующаяся в результате водородных связей между n-м и (n+4)-м аминокислотными остатками. Другой распространенный тип вторичной структуры – бета-лист, который имеет правосторонний изгиб, может быть параллельным или антипараллельным в зависимости от направления соединенных полипептидов и состоит из водородных связей между карбонильными и аминогруппами основного каркаса двух полипептидных цепей. Вторичная структура мРНК не обязательно линейна, как у ДНК, поэтому форма, возникающая при комплементарном спаривании в структуре, может оказывать значительное влияние. Например, если молекула мРНК относительно нестабильна, она может быть быстро разрушена ферментами в цитоплазме. Если молекула РНК высокостабильна, а комплементарные связи прочны и устойчивы к разворачиванию до трансляции, то ген может быть недостаточно экспрессирован. Использование кодонов влияет на стабильность мРНК. Если движущаяся рибосома замедляется из-за узла в РНК, полипептид может успеть свернуться в неродную структуру до того, как молекула тРНК добавит следующую аминокислоту. Тихие мутации также могут влиять на сплайсинг или транскрипционный контроль.
Silent mutations alter the secondary structure of mRNA. Secondary structure of proteins consists of interactions between the atoms of the backbone of a polypeptide chain, excluding the R groups. One common type of secondary structures is the alpha helix, which is a right handed helix that results from hydrogen bonds between the nth amino acid residue and the n+4th amino acid residue. The other common type of secondary structure is the beta sheet, which displays a right handed twist, can be parallel or anti parallel depending on the direction of the direction of the bonded polypeptides, and consists of hydrogen bonds between the carbonyl and amino groups of the backbone of two polypeptide chains. mRNA has a secondary structure that is not necessarily linear like that of DNA, thus the shape that accompanies complementary bonding in the structure can have significant effects. For example, if the mRNA molecule is relatively unstable, then it can be rapidly degraded by enzymes in the cytoplasm. If the RNA molecule is highly stable, and the complementary bonds are strong and resistant to unpacking prior to translation, then the gene may be under expressed. Codon usage influences mRNA stability. If the oncoming ribosome pauses because of a knot in the RNA, then the polypeptide could potentially have enough time to fold into a non native structure before the tRNA molecule can add another amino acid. Silent mutations may also affect splicing, or transcriptional control.
Третичная структура
Беззвучные мутации влияют на сворачивание и функцию белка. Недавние исследования показывают, что беззвучные мутации могут оказывать влияние на последующую структуру и активность белка. Время и скорость сворачивания белка могут изменяться, что может приводить к функциональным нарушениям.
Silent mutations affect protein folding and function. Recent research suggests that silent mutations can have an effect on subsequent protein structure and activity. The timing and rate of protein folding can be altered, which can lead to functional impairments.
Мультирезистентный ген 1
Около 99,8% генов, подвергающихся мутациям, считаются синонимичными, поскольку изменение нуклеотида не приводит к изменению аминокислоты, кодируемой этим кодоном. Хотя синонимичные мутации не должны влиять на фенотипический результат, некоторые мутации, такие как мутации в гене 1 мультирезистентности к лекарственным средствам (MDR1), демонстрируют обратное. MDR1 кодирует P-гликопротеин, который способствует выведению лекарственных средств из организма. Он локализуется в кишечнике, печени, поджелудочной железе и мозге. MDR1 экспрессируется в тех же тканях, что и CYP3A4 – фермент, участвующий в детоксикации организма от токсинов и лекарственных средств в печени и кишечнике. Синонимичные мутации, подобные мутациям в MDR1, действительно могут изменять фенотипический ответ. Исследование на мышах показало, что при недостаточной экспрессии гена MDR1 организм не распознает ивермектин или циклоспорин, что приводит к накоплению токсинов. Гены мультирезистентности к лекарственным средствам в экзоне 26 (C3435T), экзоне 21 (G2677T/A) и экзоне 12 (C1236T) изучались на предмет одновременного возникновения однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), что приводит к изменению фенотипической "функции". Это указывает на гаплотипную зависимость между экзоном 26 и другими экзонами, содержащими полиморфизмы. Например, эфавиренз и нельфинавир – это два препарата, используемые для снижения вирусной нагрузки при ВИЧ-инфекции. Комбинация SNP в экзоне 26 с другими SNP-экзонами снижает эффективность этих препаратов в подавлении ВИЧ-инфекции. Однако, при экспрессии TT-нуклеотидов в экзоне 26 у пациентов наблюдается более низкая концентрация вируса, в то время как при изменении генотипа на CC или CT инфекция распространяется беспрепятственно, делая ген MDR1 практически беспомощным. Эти изменения в нуклеотидной последовательности экзона 26 гена MDR1 демонстрируют корреляцию между мутациями в MDR1 и способностью антиретровирусных препаратов подавлять ВИЧ-инфекцию. Верапамил и циклоспорин А являются известными ингибиторами MDR1. Другой механизм, лежащий в основе "синонимичных" мутаций MDR1, связан с мРНК. В мРНК кодоны также могут функционировать как энхансеры сплайсинга экзонов. Кодоны определяют моменты вырезания интронов на основе последовательности кодонов в мРНК. Мутировавшие кодоны повышают риск ошибок при сплайсинге интронов из последовательности мРНК, что приводит к образованию неправильных экзонов и, следовательно, к изменению зрелой мРНК. Мутации в гене 1 мультирезистентности к лекарственным средствам демонстрируют, что синонимичные мутации могут оказывать влияние на фенотипический результат.
Around 99.8% of genes that undergo mutations are deemed silent because the nucleotide change does not change the amino acid being translated. Although silent mutations are not supposed to have an effect on the phenotypic outcome, some mutations prove otherwise like the Multi Drug Resistance Gene 1. MDR1 codes for the P glycoprotein which helps get rid of drugs in the body. It is located in the intestines, liver, pancreas, and brain. MDR 1 is located in the same places that CYP3A4 is located in, which is an enzyme that helps get rid of toxins or drugs from the liver and intestines. Silent mutations like MDR 1 do express a change in phenotypic response. A study done on mice showed when they did not have enough of the MDR 1 gene, their body did not recognize the ivermectin or cyclosporine drug, leading to the creation of toxins in their bodies. The multi drug resistance genes at Exon 26 C3435T, exon 21 G2677T/A, and exon 12 C1236T have been studied to have SNP's that occur at the same time, therefore making the phenotypic "function "change. This suggests a haplotype dependency between exon 26 and other exon that have polymorphisms. For example, efavirenz and nelfinavir are two types of drugs that help decrease the HIV infection in a person's body. When the SNP from exon 26 is coupled with other SNP exons, the drugs have a lower chance of maintaining the HIV infection. Although, when the TT nucleotides in exon 26 are expressed the patient has a lower concentration of the virus but when the genotype morphs into CC or CT the infection is able to spread like normal leaving the MDR 1 gene almost defenseless. These changes in bases of exon 26 for MDR 1 show a correlation between the MDR 1 gene mutations and the ability of the antiretroviral drugs to suppress the HIV infection. Verapamil and cyclosporine A are common inhibitors for MDR 1. Other reasons behind MDR1’s “silent mutation” occurs in messenger RNA. In mRNA, codons also work as exon splicing enhancers. Codons decide when to cut out introns based on the codon it is reading in mRNA. The mutated codons have a higher risk of making a mistake when splicing introns out of the mRNA sequence leading to the wrong exons being produced. Therefore, making a change to the mature messenger RNA. Mutations in the Multi Drug Resistance Gene 1 show how silent mutations can have an effect on the outcome of the phenotype.