mutacije
TRANSCRIPT
BIOLOŠKA PROMENLJIVOST
FENOTIPSKA GENOTIPSKA
=99.9%
MUTACIJE REKOMBINACIJE
GENSKE BOLESTI
EVOLUCIJA
GENSKE MUTACIJE
TRAJNE, NASLEDNE PROMENE U SEKVENCI DNK
Citogenetski se vidi višak ili manjak 4
Mb
260Mb50
Mb
Genske mutacije se ne vide analizom
kariotipa
mogu da se dese u bilo kom genu genoma, u bilo koje vreme od embrionalnog razvića do poznih godina života
imaju specifičan efekat
su većinom negativne
su u malom broju pozitivne (faktor evolucije)
mutacije
PREDSTAVLJAJU IZVOR NOVIH OBLIKA GENA - ALELA
su slučajne, nezavisne od efekta koje imaju na nosioca
su važne za preživljavanje vrste
a a+
OBLIK GENA KOJI JE ŠIROKO RASPROSTRANJEN U PRIRODI PREDSTAVLJA DIVLJI OBLIK GENA
a+
Direktna mutacija
a+ a
D+ D
Povratna (reverzna) mutacija
D D+
Učestalost povratnih manja od direktnih
rekurentne mutacije – promene u isti alelni oblik
SOMATSKE MUTACIJE
GERMINATIVNE MUTACIJE
- MUTACIJE NASTAJU U GERMINATIVNIM ĆELIJAMA, SPERMATOZOIDIMA I JAJNIM ĆELIJAMA
- PRENOSE SE NA POTOMSTVO
- MUTACIJE NASTAJU U TELESNIM (SOMATSKIM) ĆELIJAMA
- NE PRENOSE SE NA POTOMSTVO
- ORGANIZAM MOZAIK
retinoblastom
EFEKAT MUTACIJA NA FENOTIP
IZRAŽAVA SE U RAZLIČITIM PERIODIMA ŽIVOTA
na rodjenju (Tay-Sachs; cistična fibroza)
tokom života (ćelavost, Huntington horea)
SE RAZLIKUJE PO JAČINI
letalan ; dovodi do steriliteta; nema efekta na preživljavanje
SE ISPOLJAVA SAMO POD ODREDJENIM USLOVIMA
temperatura (propustljiva ili ograničavajuća)
pojačivači i supresori
SE ISPOLJAVA POSREDNO - MODIFIKATORI
DOMINANTAN ILI RECESIVAN
G6PD deficijencija
GENOTIP
GENSKA (ALELSKA) KOMBINACIJA KOJA PREDSTAVLJA GENETSKU KONSTITUCIJU JEDINKE
- U SVIM GENSKIM LOKUSIMA
- SAMO U POJEDINAČNIM LOKUSIMA
A1A1
HOMOZIGOT
A1 A2
HETEROZIGOT
A2 A3
SLOŽENI HETEROZIGOT
A1 DIVLJI (NORMALNI ALEL)
A2 A3 MUTIRANI ALELI
ALEL
Jedan, dva ili više različitih oblika istog gena koji zauzimaju jedan genski lokus, medjusobno mogu da se razlikuju i po različitom uticaju na fenotip
2 ALELNA OBLIKA GENA A A1 I A2
MOGUĆI GENOTIPOVI
A1 A1
A2 A2
A1 A2
HOMOZIGOT A1
HOMOZIGOT A2
HETEROZIGOT
FENOTIPSKA SKALA
A1 A1 A2 A2
A1 A2 A1 A2A1 A2
A1 dominantan A2 dominantanNema dominacije
A DOMINANTAN ALEL
a RECESIVAN ALEL
DOMINANTNI HOMOZIGOT HETEROZIGOT
RECESIVNI HOMOZIGOT
FENOTIP
DOMINANTAN
RECESIVAN
hromozom
hromozom
A A
Aa
a
a
Mutacija dominantna
Vunasta kosa
polidaktilijabrahidaktilija
ahondroplazija
ahondroplazija
Familijarna hiperholesterolemija
holoprozencefalija
hromozom
hromozom
A
A
A a
aa
Mutacija recesivna
albinizam
albinizam
Duchenne-ova mišićna distrofija
autozomno dominantno
autozomno recesivno
X vezano recesivno
1966 1975 1986 1992
269 (+568)
237 (+294)
68 (+51)
574 (+913)
1487
583 (+635)
466 (+481)
93 (+78)
1172 (+1029)
2470 (+1241)
647 (+984)
190 (+178)
610 (+810)
124 (+162)
1142 (+1194)
1906 (+2001)
3307 (+2403)
2336 3907 5710ukupno
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/.
http://www.genetests.org
~ 6000
~ 200 bolesti
TIPOVI MUTACIJA
SUPSTITUCIJE – zamena jedne baze drugom
tranzicijeA G
T C
transverzije A T A C G T G C
INSERCIJE - umetanje baza
DELECIJE - gubitak baza
A
C A T C A T C A T C A T C A T
G AT G AT G AT G AT G T
A
C A T C A T A T C A T C A T
G AT G AT AT G AT G T
T
A
SUPSTITUCIJA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
T C T C A A A A A A GCTTT
A G A G T T T T T T CGAAA
5’...3’... …5’
…3’
T C T C A A G A A A GCTTT
A G A G T T C T T T CGAAA
5’...3’... …5’
…3’
TRANZICIJA (AT GC)
5’...3’... …5’
…3’
5’...3’... …5’
…3’
TRANSVERZIJA (CG GC)
T C T C A A A A A A GCTTT
A G A G T T T T T T CGAAA
T C T G A A A A A A GCTTT
A G A C T T T T T T CGAAA
…5’3’...
MISSENSE MUTACIJA
T C T C A A A A A T T T A C G
T C T C A A G A A T T T A C G
A G A G T T T T T A A A T G C
A G A G T T C T T A A A T G C
…3’
…3’
…5’
5’...
5’...
3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……
…… Ser Gln Glu Phe Thr
…5’3’...
NONSENSE MUTACIJA
T C T C A A A A A T T T A C G
T C T C A A T A A T T T A C G
A G A G T T T T T A A A T G C
A G A G T T A T T A A A T G C
…3’
…3’
…5’
5’...
5’...
3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……
… Ser Gln STOP
…5’3’...
NEUTRALNA MUTACIJA
T C T C A A A A A T T T A C G
T C T C A A A G A T T T A C G
A G A G T T T T T A A A T G C
A G A G T T T C T A A A T G C
…3’
…3’
…5’
5’...
5’...
3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……
…… Ser Gln Arg Phe Thr
…5’3’...
TIHA MUTACIJA
T C T C A A A A A T T T A C G
T C T C A A A A G T T T A C G
A G A G T T T T T A A A T G C
A G A G T T T T C A A A T G C
…3’
…3’
…5’
5’...
5’...
3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……
…… Ser Gln Lys Phe Thr
A
C A T C A T C A T C A T C A T
G AT G AT G AT G AT G T
A
C A T C A T C A T C A T C A T
G AT G AT G AT G AT G T
G
C
INSERCIJA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
A
C A T C A T C A T C A T C A T
G AT G AT G AT G AT G T
DELECIJA
C A T C A
T
G AT G
A
T A
C A T C A T C A T
G AT G AT G T1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
…5’3’...
FRAMESHIFT MUTACIJA (insercija)
T C T C A A A A A T T T A C G
T C T C A A G A A A T T T A C G
A G A G T T T T T A A A T G C
A G A G T T C T T T A A A T G C
…3’
…3’
…5’
5’...
5’...
3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……
…… Ser Gln Glu Ile Tyr
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
G A T C T A T G G T A T
C AT G TA A CC A AT
NORMALNO
G A U C U A U G G U A U
DNK
iRNK
Asp Leu Trp Tyr protein
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
G A C C T A G G G T A T
C GT G TA C CC A AT
missense
G A U C U A G G G U A U
DNK
iRNK
Asp Leu Glu Tyr protein
TIHA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
G A T C T A T A G T A T
C AT G TA A CT A AT
NONSENSE
G A U C U A U A G U A U
DNK
iRNK
Asp Leu protein
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
G A C T A T G G T A T
C T G TA A CC A AT
FRAMESHIFT – mutacije pomaka
G A C U A U G G U A U
DNK
iRNK
Asp Tyr Gly Met protein
delecija
A
Tyr
Tyr
UU
His
Cys
Stop
Phe
U A
Ser
Asp
G A U
Asn
AA U
C A U
UU U
UU G U C U
Stop
C
U A G
U A
A
Misens - izmenjeni kodon dovodi i do promene aminokiseline
Nonsens – menja kodon za aminokiselinu u stop kodon
Tihe – izmenjeni kodon ne menja aminokiselinu
Neutralne – izmenjeni kodon odredjuje aminokiselinu sličnih osobina
SUPSTITUCIJE – point (tačkaste) mutacije
POSLEDICE MUTACIJA
(Zavise od mesta gde se desila)
1. Izmenjeni protein
2. Neaktivni protein
3. Prekid sinteze proteina
4. Bez efekta
HEMOGLOBIN
G
Primeri grupisanih familija gena
grupa gena za globine na hromozomu 16p
A
grupa gena za globine na hromozomu 11p
rodjenje
jetraslezina Koštana sržŽumancetna kesa
adultembrion
GEN ZA GLOBIN – deo prvog egzona
3’ – CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC – 5’
5’ – GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG – 3’
5’ – GUG CAC CUG ACU CCU GAG GAG AAG – 3’
val - his - leu - thr - pro - glu - glu - lys
1 2 3 4 5 6 7 8
translacija
transkripcija
3’ – CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC – 5’
5’ – GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG – 3’
5’ – GUG CAC CUG ACU CCU GUG GAG AAG – 3’
val - his - leu - thr - pro - val - glu - lys
translacija
1 2 3 4 5 6 7 8
transkripcija
5’ – GTG CAC CTG ACT CCT GTG GTG AAG – 3’
3’ – CAC GTG GAC TGA GGA CAC CAC TTC – 5’
TRANSVERZIJA
S
SRPASTA ANEMIJA
S HEMOGLOBIN
Brzo propadanje srpastih ćelija
Taloženje srpastih ćelija ometa cirkulaciju
Nakupljanje srpastih ćelija u slezini
ANEMIJA NEDOVOLJAN DOTOK KRVI
POJAČANA AKTIVNOST KOŠTANE
SRŽI
SLABOST, ZAMOR
SLAB FIZIČKI RAZVOJ
SRČANE SMETNJE UVEĆANJE I
FIBROZA SLEZINE
OŠTEĆENJA
SRCA
PLUĆA zapaljenje
MIŠIĆA reumatizam
MOZGA paraliza
transkripciju
obradu RNK
nestabilni globin
startni kodon
frameshift
cap mesto
male delecije
CISTIČNA FIBROZA
NORMALNO
D E L E C I J A
Ile – Ile – Phe – Gly - Val
T ATC ATC TTT GGT GTT
Ile – Ile – - - - – Gly - Val
T ATC AT- - - T GGT GTT
F508izgubljena amino kiselina fenilalanin na položaju 508
ABO
D E L E C I J A
Leu – Val – Val – Thr - Pro
CTC GTG GTG ACC CCT T
Leu - Val – Val – Pro - Leu
CTC GTG GT- ACC CCT T
IZMENJENI OKVIR ČITANJA OD MESTA DELECIJE
“A” alel
ABO “0” alel
TAY SACHS ALEL
NORMALNO
I N S E R C I J A
Arg - Ile – Ser – Tyr – Gly – Pro - Asp
CGT ATA TCC TAT GCC CCT GAC
Arg - Ile – Ser - Ile – Leu – Cys – Pro-Stop
CGT ATA TCT ATC CTA TGC CCC TGA
Insercija 4 nukleotida dovodi do pomeranja okvira čitanja – FRAMESHIFT MUTACIJA
DINAMIČKE MUTACIJE
MIKROSATELITINizovi - ponovci od 2- 4
nukleotida rasuti u genomu (na različitim hromozomima)
čoveka. Broj im je promenljiv, vrlo su polimorfni.
TRINUKLEOTIDNI PONOVCI
CGG
GAA
CAG
CTG
•Oboljenja nastaju umnožavanjem – ekspanzijom broja ponovaka
•Broj ponovaka može da se menja kroz generacije
Pojava anticipacije
Normalna replikacija
GTC GTC GTC GTC GTC5’3’
CAGCAG CAG
3’5’
1 2 3 4 5
1 2 3
GTC GTC GTC GTC GTC
CAG
CAG
CAG CAG
INSERCIJA
CAG CAGCAGCAGCAG CAG
1 2 3 4 5
1 23
2
1 2 23 4 5
3’5’
5’3’
5’ 3’
DELECIJA
GTC GTC GTC GTC GTC
GTC
CAG CAGCAGCAG CAG
CAG CAGCAG CAG
5’3’1 2 3 5 6
4
3’5’
1 2 3 65
- 4
5’ 3’
1 2 3 4
5’ 3’
FRAGILNI X SINDROM
X
FRIEDREICH ATAXIA
5
HUNTINGTON HOREA
4
MIOTONIČNA DISTROFIJA
19
CGG GAA CAG CTG
egzon intronAUG UAA
gln
CGG METILACIJA
AG AKCEPTOR INTRONA
NEFUNKCIONALNI PROTEIN
IZMENJENA STABILNOST
iRNK ?
Hipotetični gen
FRAGILNI X SINDROM
NORMALNE OSOBE 6-52 ponovka (mod 30)
NORMALNE OSOBE - premutacija
50 – 230 ponovaka
OBOLELE OSOBE – puna mutacija
Stotine pa i hiljade ponovaka
- nema direktnog prelaza od normalnog broja ponovaka u punu mutaciju
- premutacija mora da prodje majčinu mejozu
FRAGILNI X SINDROM
FRAGILNI X SINDROM
MIOTONIČNA DISTROFIJA
MUTACIJE KOJE POGADJAJU POSEBNE CILJEVE
SPOJEVI EGZONA I INTRONA
GT............................AG Menjaju ili sprečavaju ispravnu obradu
PROMOTOR/ POLIADENILATNI SIGNALI
Menjaju transkripciju, sprečavaju dodavanje poliadenilatnog repa
Verovatnoća da DNK polimeraza u toku replikacije ugradi pogrešan
nukleotid (1/10000)
10-5
Svaki stoti pogrešni par promakne DNK polimerazi i u toku provere
10-2
Svaki hiljaditi pogrešni par promakne sistemima popravke i nakon
replikacije
10-3
Pogrešan par - mismach
Verovatnoća zamene jednog baznog para drugim po
replikaciji = 10-5 x 10-2x10-3 = 10-10
AC
CC-NH2
CH
N
N
N
HC
NH
AC
CC-NH
CH
NH
N
N
HC
NH
AMINO oblik IMINO oblik
KETO oblik ENOLNI oblik
GC
CC=OH
C-NH2
N
N
N
HC
NH
GC
CC=O
C-NH2
NH
N
N
HC
NH
NH
N
C=O
C
C-NH2
HC
HC
NH
NH
C=O
C
C-NH
HC
HC
AMINO oblik IMINO oblik
KETO oblik ENOLNI oblik
NH
NH
C=O
T
C=O
H3C-C
HC
NH
N
C=O
T
C=OH
H3C-C
HC
AC
CC-NH
CH
NH
N
NHC
NH
NH
N
O=CC
H2N C
CH
CH
IMINO oblik
GC
CC-OH
NH2
NH
N
NHC
NH
NH
HN
O=C
T
O=C
H3C-C
HC
ENOLNI oblik
NH
N
C=O
T
C=OH
H3C-C
HC
ENOLNI oblik
NC
C
G
C=0
C-NH2
NH
N
HC
NH
NH
NH
C=O
C
C-NH
HC
HC
IMINO oblik
AC
CC-NH2
CH
N
N
N
HC
NH
Izračunavanje stope mutiranja
- Utvrdjivanje učestalosti novih sporadičnih slučajeva
Autozomno dominantnih
X vezanih
BOLESTI
- koje imaju jasno prepoznatljiv fenotip na rodjenju ili ubrzo nakon
- potpuna penetrabilnost
primer ahondroplazija
- 10 dece sa ahondroplazijom
- 94075 porodjaja
- 8 od 10 dece sa ahondroplazijom rodjena od zdravih roditelja
dakle 8 mutacija na 2 x 94075 (188 150)
4 X 10-5 mutacija po lokusu/generaciji
ahondroplazija
spontana stopa mutiranja
Prosek za pojedinačne gene čoveka
10-4-10-6 lokus/generaciji
1 mutacija na 100 000 – 1 000 000 gameta po lokusu po generaciji
n
2N
n broj aficiranih sa neaficiranim roditeljima
N ukupan broj rodjenih beba x2 (po 2 alela)
PRIMERI STOPE MUTIRANJA ZA ODREDJENE GENE ČOVEKA
AHONDROPLAZIJA
DMD
HEMOFILIJA A
NEUROFIBROMATOZIS – NF1
PKD
RETINOBLASTOM
0.6 – 1.4 X 10 -5
3.5 – 10.5 X 10 -5
3.2 – 5.7 X 10 -5
4 – 10 X 10 -5
6.5 – 12 X 10 -5
5 – 12 X 10 -6
MUTAGENI
HEMIJSKI
Alkilirajući agensi, analozi nukleinskih kiselina, azotna jedinjenja
FIZIČKI
UV i jonizujuće zračenje
virusi
GENETSKI ČINIOCI
Sindromi sa naslednom nestabilnošću hromozoma : Fankonijeva anemija, Bloom-ov sindrom, Xeroderma pigmentosum
HEMIJSKI MUTAGENI
Reaguju sa DNK i transformišu baze
Mogu da budu analozi baza – pa se tokom replikacije uključuju umesto uobičajenih baza
Ugradjuju se u molekul DNK izmedju baza (interkaliraju)
1.
2.
3.
1. AZOTASTA KISELINA (HNO2)
HIDROKSILAMIN (NH2OH)
ALKILIRAJUĆA SREDSTVA (iperit, etilen oksid, etiletan sulfonat – EES,
etilmetan sulfonat – EMS)
2. 5 – BROMOURACIL (analog timina)
2 – AMINO PURIN (analog adenina)
3. PROFLAVIN
AKRIDIN ORANŽ
N NH
CHNO2
O
A
N H
H
A
ADENIN HIPOKSANTIN CITOZIN
A-T G-C
C=O
NH
GEMS
G
C-O-CH2-CH3
NH
GUANIN ETILGUANINNH
NH
C=O
T
C=O
H3C-C
HC
TIMIN
G-C A-T
NH
N
C=O
C
C-NH2
HC
HC
G-C A-T
CITOZIN
HIDROKSILAMIN
NH2OH
NH
N
C=O
C
C-N-OH
HC
HC
N H
H
A
ADENINIzmenjeni
CITOZIN
NH
N
C=O
C-NH2
HC
HCC
NH
N
C=O
C-NH2
H3C
HCC
NH
NH
C=O
C=O
HC
HCU
deaminacija
deaminacija
citozin
5 - metil citozin
NH
C=OHCT
H3C
C=O
NH
HOT SPOT
AGCT
TCGA
AGCT
TUGA
AGCT
T GA
AGCT
TCGA
*
deaminacija
U DNK – URACIL GLIKOZIDAZA
REPLIKACIJA
AGCT
TCGA
AACT
TUGA
AACT
TTGATRANZICIJA
AGCT
TCGA
AGCT
TTGA
AGCT
TCGA
AACT
TTGA
deaminacijaREPLIKACIJA
Metilisani citozin
*
TRANZICIJA
NH
NH
C=O
C=O
BrC
HCU
NH
N
C=O
C-OH
BrC
HCU
C
CC-NH2
CH
N
N
N
HC
NH
A
5-BROMOURACIL (keto)
5-BROMOURACIL (enol)
GC
CC=O
C-NH2
NH
N
N
HC
NH
A - T
G - C
C - G
A - T
A - T
G - C
C - G
A - T
A - T
G - C
C - G
A-Bu
A - T
G - C
C - G
A - T
A - T
G - C
C - G
G-Bu
A - T
G - C
C - G
G - C
A - T
G - C
C - G
A-Bu
Replikacija I
Replikacija II
Replikacija III
A-T G-C
UGRADJIVANJE AKRIDINA U DNK
A ---- T
G ---- C
T ---- A
C ---- G
A ---- T
G ---- C
T ---- A
C ---- G
AKRIDIN
- greške tokom replikacije
- mogu da dovedu do nepravilnog crossing- overa
BLOOM SINDROM
Fizički mutageni 1. JONIZUJUĆE ZRAČENJE
-ELEKTROMAGNETNI TALASI
X – i - zraci
-KORPUSKULARNO ZRAČENJE
elektroni, protoni, pozitroni, neutroni
Jonizacija molekula reaktivni joni i radikali oštećenja
- greške u replikaciji
- supstitucije
- skeleta DNK
Broj štetnih mutacija zavisi od:
- vrste jonizujućeg zračenja
- primenjene doze
- vremena izlaganja zračenju (akutna i hronična doza)
2. ULTRALJUBIČASTO ZRAČENJE (UV)
- mala prodorna moć
- oštećenja u površinskim ćelijama kože
C A A T G A C T--T C T A
G T--T A C T G A A G A T
NH
HN
O=C
T
C=O
C-CH3
CHNH
HN
O=C
T
C=O
C-CH3
CH
NH
HN
O=C
T
C=O CH3
C
C
NH
NH
C=O
T
C=OH3C
C
C
H H
UV
XERODERMA PIGMENTOSUM
NH
N
C=OC
C-NH2
HC
HC
NH
N
C=OC
C-NH2
C
Chidratacija
H
H
H
HO
DNK
UV
TALASNA DUŽINA (cm) TIPOVI ZRAČENJA104
103
102
10-1 (1mm)
101
100 (1cm)
10-2
10-3
10-4 (1
10-5
10-6
10-7 (1m)
10-8
10-9
10-10
RADIO TALASI
INFRACRVENI
VIDLJIVA SVETLOST
UV
10-11
X-ZRACI
GAMA ZRACI
KOSMIČKO ZRAČENJE
30 cGy 0.3 Gy prosečna doza za životni vek
4-5 Gy letalna400-500 cGy
0.001-0.1 Gy
u dijagnostičke svrhe0.1-10 cGy
0.1 Gy u terapijske svrhe10 cGy
1 Gy izaziva radijacionu bolest100 cGy
0.3 Gy30 cGy Udvostručuje spontanu stopu mutiranja
1 Gray = 1Gy
Rentgen ili rad = r1r = 1cGy
Obeležavanje mutacija
•c. G1444>A
g. IVS33+2T>A
g. IVS33-2A>T
1524 – 1527 del
c. 1277 – 1278 ins TATC
Glu 6 Val ili E 6 V Gln 39 X ili Q 39 X
brojperiod
ćelija deoba
5 meseci embrion
rodjenje
6.8x106 =22
2.6x106
seksualna zrelost
mejoza 2
Ukupno 24
oplodjenje
mejoza I
mejoza II
zigot
II polocita
Primordijalna geminativna ćelija