Маълумот

4.5: Баъзе мутатсияҳо метавонанд фенотипҳои ошкоршаванда надошта бошанд - Биология


Тағйироти хомӯш

Пас аз табобати мутаген, аксарияти кулли тағирёбии ҷуфти асосӣ (хусусан ивазкуниҳо) ба фенотип таъсир намерасонанд. Аксар вақт, ин аз он сабаб аст, ки тағирот дар пайдарпаии ДНК-и минтақаи рамзгузории ДНК ба амал меояд, масалан дар минтақаҳои байнисоҳавӣ (байни генҳо) ё дар дохили як минтақаи интрон. Инчунин, ҳатто агар тағирот дар як пойгоҳи дохили кодон рух диҳад, он метавонад кислотаи аминокислотаи онро тағир надиҳад (дар хотир доред, ки коди генетикӣ хароб аст; масалан, GCT, GCC, GCA ва GCG ҳама аланинро рамзгузорӣ мекунанд) ва номида мешавад а хомӯш мутация Илова бар ин, ивазкунии асос метавонад як кислотаи аминокислотаро тағир диҳад, аммо ин вазифаи маҳсулотро тағир намедиҳад, аз ин рӯ тағироти фенотипӣ ба амал намеояд.

Муҳити зист ва зиёдатии генетикӣ

Ҳолатҳое низ ҳастанд, ки мутатсия метавонад ба пурра аз даст додани функсияи ген оварда расонад, аммо дар фенотип тағирот ба вуҷуд намеорад, ҳатто вақте ки аллели мутант гомозигота аст. Набудани тағироти фенотипӣ метавонад аз таъсири муҳити зист бошад: талафи ин маҳсулоти генӣ на дар он муҳит, балки дар дигараш зоҳир шавад. Ба таври дигар, набудани фенотипро метавон ба генетика рабт дод зиёдатӣяъне рамзгузории генҳои ба ҳамин монанд фаъолияткунанда дар зиёда аз як локуси геном. Ҳамин тариқ, талафоти як ген аз ҷониби дигар ҷуброн карда мешавад. Ин маҳдудияти муҳими таҳлили мутатсиониро бояд дар хотир дошт: генҳои дорои функсияҳои зиёдатӣ тавассути скрининги мутант ба осонӣ муайян карда намешаванд.

Генҳои муҳим ва Аллелҳои марговар

Баъзе фенотипҳо аз шахсони алоҳида талаб мекунанд, ки пеш аз ба даст овардани онҳо ба марҳилаи муайяни рушд бирасанд. Масалан, ранги гулро танҳо дар растаниҳое, ки барои гул кардан пухта расидаанд, ва ранги чашмро танҳо дар пашшаҳое, ки чашмашон инкишоф ёфтааст, баҳо додан мумкин аст. Аммо, баъзе аллелҳо наметавонанд ба қадри кофӣ рушд кунанд, то ба наслҳое, ки барои як фенотипи мушаххас баҳо дода мешаванд, дохил карда шаванд. Мутация дар генҳои асосӣ эҷод кардан аллели рецессивии марговар ки рушди инфиродиро дар марҳилаи ҷанинӣ бозмедоранд. Аз ин рӯ, ин навъи мутатсия метавонад дар экрани маъмулии мутант нодида бимонад, зеро онҳо дар насли муоинашаванда ғоибанд. Ғайр аз он, насли салиби моногибридӣ, ки аллели марговари рецессивии ҷанинро дар бар мегирад, аз ин рӯ, ҳама метавонанд аз як синфи фенотипӣ бошанд, ки таносуби фенотипии 1:0 (ки якхела бо 3:0 аст) дошта бошанд. Дар ин ҳолат мутатсия метавонад ошкор карда нашавад.

Номи генҳо

Бисёр генҳо бори аввал дар экранҳои мутант муайян карда шуданд ва аз ин рӯ, онҳо одатан бо фенотипҳои мутанташон номгузорӣ мешаванд, на функсияи муқаррарӣ ё фенотип. Ин метавонад барои донишҷӯёни генетика каме нофаҳмиҳо орад. Масалан, мо аллакай бо гени ба X алоқаманд дучор омадаем, ки ном дорад сафед дар пашшаҳои мева. Мутантҳои бефосилаи сафед ген чашмони сафед доранд, аммо муқаррарӣ сафед+ аллел чашмони сурх дорад. Ин ба мо мегӯяд, ки вазифаи ваҳшии (муқаррарии) ин ген аслан кумак ба сохтани чашмони сурх аст. Маҳсулоти он як сафедаест, ки прекурсорҳои пигментро ба ҳуҷайраҳои рушдёбандаи чашм ворид мекунад. Чаро мо онро гени "сурх" меномем, зеро маҳз маҳсули он чунин аст? Зеро зиёда аз даҳҳо генҳо мавҷуданд, ки ҳангоми мутант ранги чашмро тағйир медиҳанд; масалан бунафш, кинабар, қаҳваранг, арғувонӣва ғайра. Барои ҳамаи ин генҳо вазифаи онҳо низ лозим аст, то чашм намуди ваҳшии сурх шавад, на ранги мутант. Агар мо барои ҳамаи ин генҳо номи "сурх" -ро истифода мебурдем, ин иштибоҳ хоҳад буд, бинобарин мо фенотипи фарқкунандаи мутантро ҳамчун номи ген истифода мебарем. Аммо, ин метавонад мушкил бошад, ба монанди мутатсияҳои дар боло тавсифшуда. Ин мушкилот одатан тавассути додани рақамҳо ё ҷойҳо ба номи ген ё сохтани номҳое ҳал карда мешавад, ки чӣ тавр мурдани онҳоро тавсиф мекунанд (масалан, ҳатто партофташуда, пучак, мӯйсафед, рунва ғайра).


Мутацияҳо: Таърих ва индуксия | Генетика

Дар ин мақола мо дар бораи таърих ва индуксияи мутатсияҳо сӯҳбат хоҳем кард.

Таърихи мутация:

Тағйироти ногаҳонии ирсӣ дар генҳо, ба ғайр аз он ки дар натиҷаи сегрегатсия ва рекомбинатсияи Менделӣ мутацияро ташкил медиҳанд. Идеяи мутатсия бори аввал аз мушоҳидаҳои ботаники Голландия Ҳуго де Врис (дар солҳои 1880-ум) дар бораи тағирёбии растаниҳои Oenothera lamarckiana (примулаи шом) дар Ҳолланд ба вуҷуд омадааст. Ин растанӣ аз Амрико оварда шуда буд ва дар Аврупо ваҳшӣ парвариш карда шуд.

Де Врис аз растаниҳои Oenothera тухмҳо ҷамъоварӣ кард, аз онҳо растаниҳо парвариш кард ва наслро барои интиқоли хислатҳои гуногунрангӣ таҳлил кард. Вай фаҳмид, ки вариантҳои ирсӣ аз тағиротҳои муҳити зист фарқ мекунанд. Вай ба тағиротҳои ирсӣ мутация (маънои лотинии mutare) ном гузошт ва дар соли 1901 китоберо таҳти унвони “Назарияи мутатсия” нашр кард.

Ҳарчанд Де Врис бо кашфи идеяи мутатсия эътироф шудааст, аммо тақрибан ним аср пас дарк шуд, ки шояд ҳеҷ яке аз растаниҳои омӯхтаи ӯ мутацияи генро нишон надода бошад. Ба ҷои ин, тағирёбии ирсии фенотипии мушоҳидакардаи ӯ аз сабаби кроссоверҳои нодир байни хромосомаҳои транслятсияшуда муайян карда шуд.

Аз ин рӯ, мафҳумҳои аввалини мутатсия дар натиҷаи таҳқиқоти генетикии фенотипҳои намоён ба вуҷуд омадаанд. Баъдтар, дар миёнаҳои асри ХХ, таҳқиқи асоси молекулавии мерос ба роҳ монда шуд. Муайян карда шуд, ки интиқоли аломатҳои ирсӣ бо сабаби дақиқи худтанзимкунии маводи генетикӣ-ДНК ба амал меояд.

Имрӯз тағироти куллии сохторӣ дар маводи генетикӣ дар сатҳи хромосомаҳо зери аберратсияҳои хромосомӣ тасниф карда мешаванд. Онҳо алоҳида табобат карда мешаванд. Танҳо тағирот дар як минтақаи хеле маҳаллии хромосома дар сатҳи молекулавӣ мутатсия номида мешавад. Онҳо метавонанд дар ДНК як ё якчанд ген ё нуклеотидҳоро дар бар гиранд.

Аз ин рӯ, мутатсия боиси ивазшавӣ, нестшавӣ, илова ё тағирёбии қанд, асос ё фосфати як нуклеотид ё як нуклеотидҳои дигар мегардад. Вақте ки мутатсияҳо дар як нуклеотид тағирот ба вуҷуд меоранд, онҳоро мутатсияҳои нуқтаӣ меноманд. Вақте ки якчанд нуклеотидҳо тағир меёбанд, он ба мутацияи умумӣ оварда мерасонад. Маҳсулоти мутация мутант номида мешавад ва метавонад генотип, ҳуҷайра, занҷири полипептид ё фард бошад.

Мутатсияҳоро ба таври васеъ ҳамчун мутатсияҳои соматикӣ ва герминалӣ гурӯҳбандӣ кардаанд. Вакте ки дар хучайраи соматикй мутация ба амал меояд, вай тамоми организмро тагйир намедихад, балки дар органе, ки хучайраи мутант ба он тааллук дорад, тагйироти фенотипиро ба амал меорад. Фарди ҳосилшуда як мозаика барои бофтаҳои мутант ва муқаррарӣ мебошад.

Афлесун ноф (чунин ном дорад, зеро вақте ки бори аввал дар Амрикои Ҷанубӣ кашф карда шуд, афлесун қисмати пажмурда ва чуқурие дошт, ки ба нофи инсон монанд буд), себҳои лазизи тиллоӣ, ангурҳои бидуни тухмии императорӣ, баъзе навъҳои боғпарварии растаниҳои гулдор ва бахшҳои сафед дар чашмони сурх мардони Дрозофила намунаҳои мутацияҳои соматикӣ мебошанд. Дар растаниҳо мутатсияҳои соматикӣ бо усулҳои тарғиби вегетативӣ ба монанди шукуфтан ва пайванд кардан ба насл мегузаранд.

Мутацияҳои герминалӣ дар ҳуҷайраҳои хати ҷанин ба амал меоянд. Намунаи классикии мутатсияҳои герминалӣ ва шояд он чизе, ки бори аввал сабт шудааст, ин гӯсфандони кӯтоҳпоя мебошад. Соли 1791 як деҳқон бо номи Сет Райт дар Англияи Ню-Йорк, ИМА барраи кӯтоҳпоёро дид, ки ӯ наметавонад аз девор ҷаҳида, мисли ҳамаи гӯсфандони рамаи хурди худ гурезад. Инро бартарӣ дониста, ба кори наслгирии барраи кӯтоҳпоя шурӯъ кард.

Вай 15 cap меш (мода) ва як қӯчқор (мард) дошт, ки аз онҳо як қатор гӯсфандони кутоҳпоя таъсис дод. Номи анкон ба ин зот (юнонӣ маънои оринҷ) дода шудааст, зеро пойҳои пешакии каҷ ба оринҷи инсон шабоҳат доштанд.

Аввалин барраи кӯтоҳпоя дар натиҷаи мутацияи рецессивӣ дар яке аз аҷдодони навтарини он ба вуҷуд омадааст. Аз кори зотпарварӣ, ки дар хоҷагии Райт анҷом дода шуд, салибҳо нишон доданд, ки ин барра барои гени мутант гомозигота ва якчанд мешҳо интиқолдиҳандагони гетерозигота буданд. Гуфта мешавад, ки ҳамин мутация дар рамаи гӯсфандони Норвегия дар соли 1925 рух додааст ва аз он як зоти дигари гӯсфанди анконӣ тавлид шудааст.

Индуксияи мутация:

Соли 1927 H. J Мюллер бори аввал нишон дод, ки мутацияҳоро дар Дрозофила бо истифода аз агентҳои беруна ё мутагенҳо ба вуҷуд овардан мумкин аст. Ӯ дар соли 1946 ҷоизаи Нобелро гирифт. Вақте пашшаҳо бо рентген шуоъ гирифтанд, вай дарёфт, ки наслҳо фенотипҳои наверо нишон медиҳанд, ки ба мутацияҳои стихиявии ба вуҷудомада монанданд.

Вай инчунин муайян кард, ки афзоиши вояи рентгенӣ боиси афзоиши хаттии басомади мутатсияҳо мегардад. То соли 1930 муайян карда шуд, ки агентҳои физикӣ ба монанди рентген, гамма, радиатсияи ултрабунафш ва баъзе агентҳои кимиёвӣ ҳама ҳамчун мутагенҳо самараноканд. Ҳамзамон, L. J. Stadler нишон дод, ки рентген метавонад дар растаниҳои ҷав мутацияи генҳоро ба вуҷуд орад. Мутагенез тавассути радиатсионӣ ва кимиёвӣ дар зер алоҳида баррасӣ карда мешавад.

Радиатсия:

Заминаҳои назариявии радиатсия:

Атом аз як ядрои заряди мусбат ва электронҳои заряди манфӣ, ки дар атрофи ядро ​​давр мезананд, иборат аст. Ядро дорои нейтронҳои пурнашуда ва протонҳои заряднок мебошад. Электронҳо метавонанд аз як мадор ба мадори дигар гузаранд.

Электрон ҳангоми ба сатҳи баланди энергетикӣ гузаштан энергияро аз худ мекунад ва ҳангоми ба сатҳи поёнии энергия гузаштан энергия ҷудо мекунад. Энергияи озодшуда дар шакли радиатсияи электромагнитӣ аст. Нурҳои намоён ва ултрабунафш, рентген ва гамма ҳама мавҷҳои электромагнитӣ мебошанд.

Радиатсия хромосомаҳоро бо реаксияи кимиёвӣ, ки энергия талаб мекунад, мешиканад. Таъсири мутагении радиатсия аз миқдор ва намуди энергияе, ки дар бофта мемонад, вобаста аст. Нури намоён радиатсияи камтар энергетикӣ аст, зеро он энергияро дар шакли гармӣ тарк мекунад. Аммо радиатсияҳои энергетикӣ ба монанди ултрабунафш (УВ) энергияро дар шакли гармӣ ва фаъолсозӣ тарк мекунанд, ки ба тағирёбии кимиёвӣ оварда мерасонад.

Фаъолсозӣ як намуди энергияест, ки электронро аз орбитаи дарунӣ ба орбита берунии атом мегардонад. Рентген ва гамма радиатсияҳои энергияи баланд мебошанд, ки на танҳо гарм мекунанд ва фаъол мекунанд, балки энергияро дар ҳуҷайра дар шакли ионизатсия мегузоранд.

Таркиши бомбаи атомӣ дар Хиросима ва Нагасаки:

6 августи 1945, бомбаи атомӣ дар болои Хиросима таркид, ки зиёда аз 78000 нафарро кушт ва бисёр наҷотёфтагони зарардидаро, ки барои таъсири радиатсия ба одамон омӯхта шуда буданд, тарк кард. 9 август дар болои шахри Нагасаки бомбаи дуйуми атомй тарконда шуд. Калимаҳои хибакуша (шахси аз таркиш зарардида) ва қурбонии ҳигайша ё шахси маҷрӯҳ ба одамони ҷаҳон фаҳмо шуданд.

Якчанд шахсоне, ки радиатсияи васеъ гирифтанд, дар тӯли якчанд сол фарзанд надоштанд. Бисёре аз наҷотёфтагон нуқсонҳои намоёни хромосомаро ба монанди танаффусҳо ва транслокатсияҳо нишон доданд.

Шахсони аз 30-сола боло, ки зиёда аз 200 рад нури радиатсионӣ гирифтаанд, нисбат ба ашхоси синну соли хурдтар ба радиатсия ҳассостаранд. Тақрибан 2 фоизи наҷотёфтагон дар давоми даҳсолаи минбаъда лейкемия гирифтор шуданд. Фарзандони наҷотёфтагон афзоиши ошкоршудаи аномалияҳои генетикиро нишон надодаанд.

Э.Алтенберг аввалин шуда нишон дод, ки радиатсияи ултрабунафш метавонад мутацияро ба вуҷуд орад. Нурҳои ултрабунафш назар ба рентген ва гамма дарозии дарозтар доранд, аз ин рӯ онҳо наметавонанд ба бофтаҳо амиқ ворид шаванд. Амали мутагении онҳо бо бактерияҳо, спораҳои fungal ё дигар ҳуҷайраҳои озод, ки маводи генетикӣ дар наздикии сатҳи шуоъгирифта ҷойгиранд, маҳдуд аст. L.J. Stadler мутацияҳоро дар донаҳои гардолудкунандаи растаниҳои ҷуворимакка ба вуҷуд овард.

Вай дарёфт, ки нурҳои ултрабунафш бо дарозии мавҷашон тақрибан 260 нм (расми 20.3) дар мутагенез самараноктаранд. Дар асл, дарозии мавҷи аз ҳама ба осонӣ азхудкардаи ДНК 260 нм мешавад ва ҳамин тариқ алоқаи мустақим байни мутатсияҳои ултрафиолет ва ДНК -ро исбот мекунад. Офтоб манбаи тавонои ултрабунафш аст.

Ҳамин тариқ, интизор шудан мумкин аст, ки нурҳои офтоб тавассути мутатсия дар тамоми организмҳои зинда зарари васеъ ба бор меоранд. Аммо хушбахтона як қабати озон дар болоии атмосфера аксари радиатсияро дар зери 290 нм фурӯ мебарад. Рентгенҳои ултрабунафш, ки ба ДНК меафтад, аз пояҳои пиримидин, хусусан тимин ҷаббида мегиранд. Пайвастагии байни пиримидинҳои ҳамсоя барои ташаккули димерҳои тимин ба амал меояд.

Ду тимин дар мавқеъҳои 4 ва 5 -и худ пайваста димерро ташкил медиҳанд. Ташаккули димер метавонад дар байни ду пасмондаи тимин (TT), цитозин (CC) ё уридин (UU) ё ду пиримидини гуногун (CT) сурат гирад. Ҳангоми ба цитозин дучор шудан ба ултрабунафш молекулаи об дар байни пайванди дукаратаи байни атомҳои чорум ва панҷуми карбон илова карда мешавад (расми 20.4).

Ҳангоми гарм кардан ё ба шароити кислота дучор шудан, фотомаҳсулоти гидратшуда метавонад ба шакли аввала баргардад. Агар иҷозат дода шавад, ки ба қадри кофӣ дароз бимонад, пайвандҳои гидрогенӣ байни пиримидин ва пурин дар риштаи мукаммал мешикананд ва боиси ҷудо шудани риштаҳо дар он минтақа мешаванд. Ҳам димеризатсия ва ҳам гидратсияи ДНК-и дуқабата ба репликатсияи ДНК таъсир мерасонанд.

Химикатҳо ҳамчун мутагенҳо:

Асоси молекулавии мутатсияҳои нуқтаӣ:

Мутацияҳое, ки пайдарпаии нуклеотидҳоро дар як ген тағир медиҳанд, ду намуд мебошанд: ивазкунии ҷуфтҳои асосӣ ва мутацияҳои ивазкунии чаҳорчӯба. Ҳангоми иваз кардани ҷуфти асосӣ як ҷуфти асосӣ, масалан AT метавонад бо дигараш ба монанди CG ​​ё GC иваз карда шавад. Инҳо боз ду намуди дигар мебошанд, яъне гузаришҳо ва трансверсияҳо.

Гузаришҳо тағироти асосӣ мебошанд, ки дар он пурин бо пурини дигар иваз карда мешавад, ба монанди ҷуфти A = T бо ҷуфти G = C ё баръакс ё вақте ки пиримидин бо пиримидин иваз карда мешавад, масалан вақте ки T = A бо C = иваз карда мешавад G, ё баръакс. Трансверсияҳо тағирот дар асосҳое мебошанд, ки дар онҳо пурин бо пиримидин иваз карда мешавад, яъне вақте ки ҷуфти A = T бо T = A ё C = G иваз карда мешавад ва баръакс.

Дар мутатсияҳои ивазкунии чаҳорчӯба, (ба сабаби он ки онҳо чаҳорчӯбаи хониши муқаррарии сегонаҳои асосиро дар mRNA иваз мекунанд) ҷуфтҳои ягонаи базавӣ аз ДНК дар мавқеи байнистисиалӣ нест карда мешаванд ё ба ДНК илова карда мешаванд. Рамзи генетикӣ хондани сегонаҳои пайдарпайи асосиро аз нуқтаи ибтидоии муқарраршуда талаб мекунад. Агар як нуклеотиди ягона ворид ё нест карда шавад, он чаҳорчӯбаи хонишро тағир медиҳад ва ҳамаи сегоникҳои минбаъда ба таври гуногун хонда мешаванд.

Тамоми қисми занҷири полипептид пас аз ворид кардан ё нест кардан нодуруст тарҷума карда мешавад, ки дар натиҷа фенотипи “ноихрон” мешавад. Аз ин рӯ, мутатсияҳои Frameshift аз ивазкунии ҷуфтҳои асосӣ, ки фенотипҳои "ихроҷ" тавлид мекунанд, бо тағир додани танҳо як нуклеотид дар як сегона фарқ мекунанд, то танҳо як кислотаи аминокислотаҳо нодуруст ҷойгир карда шаванд.

Мутацияҳои бемаънӣ ва бемаънӣ:

Вақте ки мутатсия дар сегона кодонро тағир медиҳад, то он аз ҷониби дигар аминокислотаҳо эътироф карда шавад, онро мутацияи миссенс меноманд. Аммо агар мутация кодони як кислотаи аминокислотаи мушаххасро ба он иваз кунад, ки сигнали қатъшавии занҷирро нишон диҳад (кодони бемаънӣ), онро мутацияи бемаънӣ меноманд.

Мутацияҳои миссенсӣ нисбат ба мутацияҳои бемаънӣ зуд -зуд рух медиҳанд ва одатан дар занҷири полипептидҳо ивазшавии як кислотаи аминокислотаҳоро ба вуҷуд меоранд. Чунин занҷир то ҳол метавонад фаъолияти биологӣ дошта бошад. Мутацияҳои бемаънӣ боиси қатъи бармаҳали занҷирҳои полипептид мешаванд, то танҳо пораҳои занҷирҳо ба вуҷуд оянд. Дарозии порчаҳо аз масофаи мутатсияи бемаънӣ аз кодони ибтидоӣ вобаста аст.

Мутацияҳо аз ҷониби кимиёвӣ:

Ин гурӯҳи пурқувваттарин мутагенҳо мебошад. Химикатҳои ин гурӯҳ дар in vitro ба мавқеи N-7 гуанин пайваст мешаванд. Дар vivo мавқеи 0-6 -и гуанин ва 0-4 тимин бартарӣ доранд. Онҳо гурӯҳҳои алкилиро ба атомҳои нитрогени асосҳо дар ДНК интиқол медиҳанд. Алкилизатсияи гуанин ионизатсияи молекуларо ба вуҷуд меорад ва хусусиятҳои ҷуфтшавии пойгоҳи онро тағир медиҳад. Гуанини алкилшуда бо тимин ба ҷои цитозин ҷуфт мешаванд.

Ҳамин тариқ, ҳангоми такрорӣ гузариш аз G = C ба ҷуфти пойгоҳи A = T ба амал меояд. Алкилизатсияи пуринҳо ба гидролизи пайванди пойгоҳи шакар оварда мерасонад, то пойгоҳи пурин аз шоҳроҳи молекулаи ДНК хориҷ шуда, холигии апуриниро ба вуҷуд орад.

Вақте ки репликатсияи ДНК ба амал меояд, қариб ҳама пойгоҳро дар фосила гузоштан мумкин аст. Ворид кардани пойгоҳи нодуруст дар холигоҳ гузаришҳо ва инчунин трансверсияҳоро ба вуҷуд меорад. Якчанд агентҳои алкилатории дуфунксионалӣ мавҷуданд, ки дар байни гуанинҳо дар риштаҳои якхела ё муқобили спирали дукарата робитаҳои салиб ташкил мекунанд. Ин боиси зуд-зуд ба вуҷуд омадани холигии apurinic мегардад.

Намунаҳои агентҳои алкилаторӣ нитрозогуанидин, гази хардал ва пайвастагиҳои хардал, этилметансулфонати (EMS) ва этилэтансулфонати (EES), галогенидҳои алкил, эфирҳои сулфат ва фосфорӣ, иминҳои этилен ва амидҳо ва ғайра мебошанд.

Гуфта мешавад, ки онҳо реактивҳои электрофилӣ (норасоии электрон) мебошанд, зеро онҳо бо нуклеофилҳо, ки марказҳои бойи электрон доранд, якҷоя мешаванд. Ин пайвастагиҳо инчунин ҳамчун радиомиметика тавсиф карда мешаванд, зеро таъсири онҳо ба таъсири радиатсияи ионизатсия монанд аст.

EMS яке аз агентҳои пурқувваттарини мутагенӣ мебошад. Он метавонад як гурӯҳи этилиро илова кунад (- CH2 Ч3) ба гуанин ва хеле камтар ба аденин. Аз сабаби этилизатсияи гуанин бо аденин ҷуфт мешавад, ки ба гузариши A - T⇋ G – C оварда мерасонад. EMS инчунин холигии апуриниро ба вуҷуд меорад, ки ба он яке аз чаҳор асос дохил карда мешавад, ки боиси тағирот низ мегардад.

Ивазкунии асос тавассути Таутомеризм:

Ҷуфтҳои пойҳои пурин-пиримидин дар ДНК-и спиралии дугона асосан аз рӯи мавқеъҳои атомҳои гидроген муайян карда мешаванд, ки пойгоҳҳоро мепайвандад. Одатан A ҷуфтҳо бо T ва G бо C. Асосҳо бо вуҷуди тағирот (тағироти тавомерӣ) дар атомҳои гидроген метавонанд дар шаклҳои алтернативӣ вуҷуд дошта бошанд. Таутомерҳо нодир ва ноустуворанд ва метавонанд ба шакли умумӣ баргарданд.

Ватсон ва Крик пешниҳод карданд, ки агар пойгоҳ дар шакли тавтомерии худ дар вақти репликатсияи ДНК мавҷуд бошад, пас дар риштаи нав пойгоҳи нодуруст синтез карда мешавад. Дар давраи навбатии такрорӣ, таутомер ба шакли муқаррарии худ бармегардад, ду ришта ҷудо мешаванд ва ин дафъа пойгоҳи дурусти муқаррарӣ дар риштаи нав синтез карда мешавад. Ин боиси иваз кардани як ҷуфти асосӣ ба дигараш мегардад, яъне. д., Гузаришҳои A ⇋ G ва T⇋ C ба амал меоянд.

Инҳо кимиёвӣ мебошанд, ки сохторашон ба асосҳои ДНК -и муқаррарӣ шабеҳ аст ва ҳангоми такрори ДНК ба асосҳои муқаррарӣ иваз карда мешаванд. Аввалин аналоги асосҳои омӯхташуда 5-бромурасил (5-БУ) буд, ки сохтори кимиёвӣ ба тимин (5-метилуракил) шабоҳат дорад, ба истиснои он ки гурӯҳи метилии тимин бо бром иваз карда мешавад.

Агар 5-BU ба муҳити дорои ҳуҷайраҳои бактерияҳои афзоянда дода шавад, 5-BU ба ҷои тимин ба ДНК дохил карда мешавад. Ҳуҷайраҳо зинда мемонанд ва мерӯянд ва азбаски 5-BU дорои хосиятҳои ҷуфтшавӣ бо тимин аст, он ба мутатсия оварда намерасонад. Аммо ду шакли таутомерии 5-БУ, шакли кетои муқаррарӣ ва шакли камёфт энол мавҷуд аст (расми 20.5).

Вақте ки шакли нодири энол ба ДНК дохил мешавад, аз сабаби хосиятҳои пайвасткунандаи гидроген, он ба ҷои аденин бо гуанин ҷуфт мешавад. Шакли кето бо аденин ҷуфт мешавад. Шакли энол кӯтоҳмуддат аст ва дар ниҳоят ба шакли кето бармегардад.

Вақте ки ДНК дар ҳузури тимин аз репликатсия мегузарад, риштаи дорои 5-БУ (ҳоло дар шакли кето) як аденинро дар қатори иловагӣ синтез мекунад. Дар даври навбатии такрорӣ, риштаи A риштаи T-ро дар муқобили он синтез мекунад. Бо ин роҳ ҷуфти GC бо ҷуфти AT иваз карда мешавад, ки дар натиҷа мутацияи навъи гузариш ба амал меояд.

Ҳолати шабеҳи 2-амино-пурин (2-АП) мебошад, ки аналоги кимиёвии аденин аст, ки гузариши AT ⇌ GC мебошад. Дар шакли маъмул 2-AP ҷуфт бо тимин аст ва ҳеҷ гуна мутация вуҷуд надорад. Аммо вақте ки он дар шакли таутомерии худ (шакли имино) мавҷуд аст, он ду пайванди гидрогенро бо ситозин ташкил медиҳад. Аз ин рӯ, 2-AP амал мекунад, аввал бо иваз кардани аденин тавассути гузаштан ба шакли имино ва сипас ҳангоми репликатсия бо цитозин ҷуфт мешавад. Он инчунин баръаксро дар мутантҳои 5-BU ба вуҷуд меорад.

Кислотаи нитроген (HNO2) ба ДНК-и такрорнашаванда амал мекунад, аз хориҷ кардани амино-гурӯҳҳои асосҳои нитрогенӣ, табдил додани аденин ба гипоксантин, гуанин ба ксантин ва цитозин ба урацил (расми 20.6). Табдилот ба гузаришҳои AT → GC ва GC → AT, тавре ки дар расм шарҳ дода шудааст, оварда мерасонад. Ба ҳамин монанд гидроксиламин (NH2OH) гидрокси-метил-цитозинро ба урацил табдил медиҳад, ки ба гузариши AT → GC оварда мерасонад. Ин мутатсияҳо қодиранд таъсири худ (мутацияи бозгашт) ва инчунин аналогҳои дигари асосиро баргардонанд.

Рангҳои акридинӣ тавассути байни худ дар ДНК амал мекунанд. Агентҳои байниҳамдигарӣ молекулаҳои полициклӣ мебошанд, ки тавассути ворид кардани худ дар байни ҷуфтҳои пойгоҳи дуқабата молекулаи ДНК амал мекунанд. Ин боиси дучанд шудани масофаи байни ҷуфтҳои пойгоҳи ҳамсоя мегардад. Мутатсияҳои акридин суръати баланди бозгашти стихиявиро нишон медиҳанд.

Одатан, реверсия ба сабаби мутацияи дуввуми супрессор дар ҳамон ген, ки мутацияи аввалияро дар бар мегирад, вобаста аст. Мутатсияҳои акридин, ки ба вуҷуд омадаанд, ‘бечораанд’, зеро онҳо ба пурра аз даст додани функсияи маҳсулоти ген оварда мерасонанд. Акридинҳо иборатанд аз фторохромҳо ва антисептикҳои муҳим, фенантридинҳо (ба мисли этидиум бромиди), ки ҳамчун трипаноцидҳо истифода мешаванд ва карбогидридҳои полисиклӣ, ки канцерогенҳои муҳим мебошанд.

Баъзе кимиёвӣ ба монанди этокси-кафеин, уретан ва формальдегид пероксидҳои органикӣ ва радикалҳои озодро ба вуҷуд меоранд, ки ба мутатсия оварда мерасонанд. Эҳтимол онҳо боиси нобудшавии асосҳои кислотаи нуклеин мешаванд, ки боиси шикастани риштаҳои ягона мешаванд.

Табодули хоҳар Хроматид:

Мубодилаи хоҳарони хроматидҳо (SCEs) мубодилаи маҳсулоти такрории ДНК -ро дар локусҳои зоҳиран гомологии хромосомӣ ифода мекунанд. Дар солҳои охир таҳлили SCE ҳамчун як усули ҳассос барои омӯзиши зарари ДНК аҳамият пайдо кардааст, ба назар чунин менамояд, ки агентҳое, ки SCE-ро ба вуҷуд меоранд, ҳамчун мутагенҳо ва канцерогенҳо (агентҳои саратон) фаъоланд. Баъзе бемориҳои генетикии инсон, ки дар механизми таъмири ДНК камбудӣ доранд, аномалияҳоро дар ташаккули SCE ва майл ба саратон нишон медиҳанд.

SCEs дар ҳуҷайраҳо тавассути ворид кардани BrdU ба ДНК ба вуҷуд меоянд. Ҳуҷайраҳо бо BrdU барои як ё ду давра табобат карда мешаванд. Онҳо дар метафаза пас аз давраи дуввум ҷамъоварӣ карда, ранг карда ва таҳлил карда мешаванд. Ба ғайр аз BrdU, агентҳои алкилизатсия ва профлавин низ SCE -ро ба вуҷуд меоранд.

Механизми дақиқи ташаккули SCE маълум нест. Таҳлили SCE барои арзёбии таъсири цитогенетикии баъзе доруҳое, ки ба беморон дар химиотерапия дода мешаванд, муфид аст. Дар одамоне, ки ба ифлоскунандаҳои муҳити зист дучор мешаванд ё одатҳои тамокукашии сигор доранд, басомади бештари SCEs пайдо шудааст.


Фенотип ва варианти генетикӣ

Варианти генетикӣ метавонад ба фенотипҳои дар аҳолӣ дидашуда таъсир расонад. Варианти генетикӣ тағироти гении организмҳоро дар як популятсия тавсиф мекунад. Ин тағиротҳо метавонанд натиҷаи мутатсияҳои ДНК бошанд. Мутацияҳо тағирот дар пайдарпаии генҳо дар ДНК мебошанд. Ҳама гуна тағирот дар пайдарпаии ген метавонад фенотиперо, ки дар аллелҳои меросӣ ифода ёфтааст, тағир диҳад. Ҷараёни генҳо инчунин ба тағирёбии генетикӣ мусоидат мекунад. Вақте ки организмҳои нав ба популятсия муҳоҷират мекунанд, генҳои нав ворид мешаванд. Ворид намудани аллелҳои нав ба генофонд имкон медиҳад, ки комбинатсияҳои нави генҳо ва фенотипҳои гуногун имконпазир гардад. Ҳангоми мейоз комбинатсияи гуногуни генҳо ба вуҷуд меоянд. Дар мейоз, хромосомаҳои гомологӣ ба таври тасодуфӣ ба ҳуҷайраҳои гуногун ҷудо мешаванд. Интиқоли ген метавонад дар байни хромосомаҳои гомологӣ тавассути раванди кроссинг ба амал ояд. Ин рекомбинатсияи генҳо метавонад дар як популятсия фенотипҳои нав ба вуҷуд орад.


Аудит

3.07.5.2 Мутация

Дар шахсони алоҳида дар оилаҳои DFNA8/12 мутацияҳои миссенс пайдо шуданд ва як механизми бартаридошта манфӣ пешниҳод карда шуд, гарчанде гаплофосфорӣ низ имконпазир ҳисобида мешавад (Верхоувен, К. ва дигарон., 1998). Сабабҳои фарқияти синну сол ва фенотипҳо дар байни шахсони зарардида дар оилаҳои DFNA8/12 равшан нест. Аммо, се мутацияи миссенс, ки пасмондаҳои систеинро дар ҷойҳои 1057, 1619 ва 1837 иваз мекунанд, бо талафоти прогрессивӣ алоқаманданд. То ба ҳол, ҳафт мутатсияҳои гуногуни гумроҳӣ гузориш дода шудаанд ва то андозае чунин ба назар мерасад, ки мутацияҳо дар минтақаҳои vWF боиси гум шудани басомади баланди шунавоӣ мешаванд, дар ҳоле ки онҳое, ки дар домени ZP боиси гум шудани басомади миёна мешаванд (Naz, S. ва дигарон., 2003 ).

Дар оилаи DFNB21-и Лубнон, шахсони зарардида барои мутацияи макони пайваст гомозигота буданд. Чанде пеш, Наз С. ва дигарон. (2003) дар бораи мутатсияҳои чаҳорчӯбаи экзон 5 ва экзон 20 дар ду оилаи хешу табори DFNB21 аз Эрон ва Покистон гузориш доданд. Дар ҳарду оила талафоти шунавоӣ пешакӣ буд ва дар ҳудуди аз миёна то вазнин.


Эътирофҳо

Мо мехоҳем ба М.Е.Ҳурлес ва Р.Дурбин барои муҳокимаҳои пешакӣ дар бораи таҳлилҳои гузаронидашуда ташаккур гӯем. Мо мехоҳем ба The Cancer Genome Atlas (TCGA), Консорсиуми Байналмилалии Геномаи Саратон (ICGC) ва ба муаллифони ҳама таҳқиқоти қаблӣ, ки дар Маълумоти иловагии 1 оварда шудаанд, барои дастрасии ройгон ба маълумоти мутатикии соматикии худ изҳори сипос кунем. Ин кор аз ҷониби Wellcome Trust (гранти 098051) дастгирӣ карда шуд. С.Н.-З. Як стипендияи Wellcome-Beit аст ва тавассути стипендияи Wellcome Trust Intermediate (грант WT100183MA) дастгирӣ карда мешавад. P.J.C. шахсан тавассути як стипендияи калони тадқиқотии клиникии Wellcome Trust маблағгузорӣ карда мешавад (грант WT088340MA). J.E.S. бо гранти MRC ба Лабораторияи биологияи молекулавӣ (MC_U105178808) дастгирӣ карда мешавад. L.B.A. тавассути стипендияи Ҷ. Роберт Оппенхаймер дар Лабораторияи миллии Лос Аламос дастгирӣ карда мешавад. P.H.J. аз ҷониби Wellcome Trust, MRC Grant-in-Aid and Cancer Research UK (гранти барнома C609/A17257) дастгирӣ карда мешавад. Ин тадқиқот аз захираҳое истифода шудааст, ки аз ҷониби Барномаи ҳисоббарории институтсионалии Лабораторияи Миллии Лос Аламос пешниҳод шудааст, ки аз ҷониби Департаменти Энергетикаи ИМА Маъмурияти Миллии Амнияти ҳастаӣ тибқи шартномаи DE-AC52-06NA25396 дастгирӣ мешавад. Тадқиқоте, ки дар Лабораторияи Миллии Лос -Аламос гузаронида шудааст, таҳти сарпарастии Маъмурияти миллии амнияти ҳастаии Департаменти энергетикаи ИМА гузаронида шуд.


Натиҷаҳо

Меъёри мутацияи асоси ивазкунанда.

Ҳарчанд кӯшиши қаблӣ барои баҳодиҳии суръати мутатсияи инсон бо истифода аз маълумоти генҳои беморӣ танҳо ба мутатсияҳои бемаънӣ нигаронида шуда буд (8), метавон баҳодиҳии дақиқтари ҳам спектри мутатсия ва ҳам суръати дар як маконро тавассути дохил кардани мутатсияҳои нодуруст, тавре ки дар айни замон анҷом дода шудааст, ба даст овард. омӯзиш Масалан, як маҳдудияти тамаркуз ба мутатсияҳои бемаънӣ дар он аст, ки дар риштаи рамзгузорӣ ягон мутатсия ба нуклеотиди С муайян карда намешавад, зеро се кодони терминалӣ (TAA, TAG ва TGA) аз C маҳруманд. Илова бар ин, зеро кодонҳои қатъкунӣ A+T бой мебошанд ва дар самти A+T як ғарази назарраси мутатсия вуҷуд дорад (дар он ҷо “+” таркиби умумии ҳарду риштаро дар назар дорад) (9), тамаркуз ба ин се кодон метавонад баҳои аз ҳад зиёдро ба вуҷуд орад. суръати мутация. Ниҳоят, дохил кардани мутатсияҳои нодуруст андозаи намунаҳоро ба таври назаррас афзоиш медиҳад.

Барои генҳое, ки дар ин таҳқиқот иштирок мекунанд, суръати миёнаи мутацияи асосҳои ивазкунанда мутаносибан 11,63 (1,80) ва 11,22 (3,23) × 10 -9 дар як макон дар як насл барои локусҳои аутосомалӣ ва ба X алоқаманд (SD дар қавс дар қавс) мебошанд (Маҷмӯи маълумот) S1). Тағйир додани баҳодиҳии охирин ба миқёси 1:1 ҳодисаи таъсир дар байни ҷинсҳо баҳодиҳии эквиваленти аутосомалии 14,81 (4,26) × 10 -9 медиҳад, ки аз тахмини мустақими аутосомалӣ ба таври назаррас фарқ намекунад. Ба ҳисоби миёна барои генҳо, ки вақти баробарро дар мардон ва духтарон сарф мекунанд, пас аз он 12,85 (1,95) × 10 -9 дар як макон дар як насл аст. Бисёр сарчашмаҳои хатогиҳо ба ҳисобҳои мушаххас дар Dataset S1 мусоидат мекунанд, аммо ин ҳама ба SE дар сметаи умумии миёна дохил карда мешаванд.

Фишори мутатсионии универсалӣ дар самти A+T.

Тавре ки дар ҳама намудҳои хуб тавсифшуда ба истиснои Caenorhabditis elegans (10), таносуби гузариш ба трансверсия барои мутатсияҳои де-ново дар одамон аз арзиши 0,5 дар зери модели тасодуфии мутатсия пешбинишуда ба таври назаррас бузургтар аст (дар он ҳар як нуклеотид эҳтимолияти баробари мутатсия ба ҳолати ҳамдигарро дорад, ки яке аз онҳо ҳамеша гузариш аст Ҷадвали 1) (9 ⇓ ⇓ ⇓ –13). Ин пеш аз ҳама натиҷаи пайдоиши гузаришҳои G: C → A: T мебошад (ки дар он колон пайванди Уотсон -Крикро байни риштаҳо ифода мекунад). Спектри мутатсионии ашёи хом инчунин бо мушоҳидаҳо дар ҳама намудҳои эукариотҳои хуб тавсифшуда дар намоиш додани афзалияти мутация дар самти A+T ба G+C мувофиқ аст. Ин нобаробарӣ ба интизории геном дар мувозинати мутация мухолиф аст, ки ҳатман шумораи баробари мутацияро дар ҳарду самт нишон медиҳад.

Хулосаи спектри мутатсионии ивазкунандаи хом дар одамон ва муқоиса бо спектри де ново барои намудҳои дигари модел

Аз суръати мутатсияи шартӣ, яъне суръати мутатсия, ки аз рӯи паҳншавии заминаи ибтидоӣ вазн карда мешавад, мумкин аст, ки таркиби мувозинати А+Т, ки танҳо дар зери фишори мутатсия интизорӣ мешавад (интишор 9, саҳ. 130) ва дар ҳама намудҳо. бо спектри хуб муайяншудаи мутатсия ин аз таркиби воқеии A+T зиёдтар аст, ҳатто дар ҷойҳои хомӯш (Ҷадвали 2). Азбаски ҳеҷ далеле вуҷуд надорад, ки ҳама геномҳо ба сӯи мувозинати нави нуклеотид-таркибӣ рушд мекунанд, ягона тавзеҳи ин намуна дар он аст, ки фишори мутатсионии самтӣ ба A+T бо ягон шакли интихоб ба манфиати C+G муқобилат карда мешавад. Пас аз наздикшавии Булмер (14), дар асоси фарзияи тавозуни дрифт-мутация-селексия, метавон нишон дод, ки дуршавии таркиби мушоҳидаи мушоҳидашуда аз интизории мутатсионӣ комилан вазифаи 4 мебошадН.дс (2Н.дс барои гаплоидҳо). Ин параметри таркибӣ ба ду баробар нисбат ба қудрати интихоб баробар аст (с) ба қувваи дрейф 1/(2Н.д), дар куҷо Н.д шумораи самараноки аҳолӣ мебошад ва с бартарии миёнаи интихобии нуклеотидҳои C+G мебошад.

Суръати мутатсияи шартӣ, таркиби мувозинати A/T, ки танҳо таҳти фишори мутатсия пешбинӣ шудааст ва бузургии камбудии миқёси миёнаи интихобии A/T

Натиҷаҳои натиҷаҳои 4Н.дс дар доираи танги аз 0,35 то 1,61 дар тамоми намудҳо афтода, маънои онро дорад, ки бузургии миёнаи селекция дар таркиби асоси дар сатҳи нуклеотидҳо амал мекунад, ба ҳамон дараҷаи бузургӣ бо қудрати дрейф дар намудҳои гуногуни намудҳо баробар аст. Сатҳи шабеҳи устувории 4Н.дс дар саросари микробҳо ва эукариотҳои бисёрҳуҷайраӣ нисбат ба таркиби нуклеотидҳо дар мавқеъҳои сеюми кодонҳо қайд карда шудааст (9). Ҷолиби диққат аст, ки бо истифода аз маълумоти филогенетикӣ Кондрашов ва дигарон. (15) баҳои 4 гирифтаастН.дс 1,00 барои истифодаи кодон дар насли бузурги маймунҳо, ки амалан ба сметаи дар ин ҷо овардашуда шабеҳ аст (0.99).

Азбаски саволи кам вуҷуд дорад, ки шумораи самараноки популятсия аз микробҳо то намудҳои бисёрҳуҷайраҳо якчанд дараҷа коҳиш меёбад (16), доимии тақрибан 4Н.дс барои истифодаи нуклеотидҳо дар саросари таксонҳои нобаробар афзоиши назаррасро талаб мекунад с дар таркиби нуклеотидҳо дар наслҳои бисёрҳуҷайра амал мекунанд. Although translation-associated selection (e.g., codon bias) is likely to be a factor in the evolution of nucleotide usage in coding DNA, biased gene conversion in the direction of G+C composition appears to be an equally, if not more, powerful force that applies to all genomic regions in sexually reproducing species (9). However, because the power of gene conversion appears to be considerably greater in yeast than in animals (which have substantially lower rates of recombination per physical distance along chromosomes), this factor alone appears to be incapable of explaining the pattern noted previously. Still another factor favoring G/C composition is the enhanced stability of G:C relative to A:T Watson–Crick bonds.

Regardless of the causal mechanism(s), the existing data clearly indicate that the absolute intensity of selection favoring G+C composition is substantially magnified in species with reduced effective population sizes. This pattern is expected if the disadvantage of suboptimal nucleotides cumulatively increases as the genome-wide nucleotide composition deviates further from the selectively optimal state [a form of synergistic epistasis (17)]. As selection does not become effective until the selection coefficient of a mutation (с) approaches the power of drift (1/2Н.д), under this hypothesis, one would expect the nucleotide composition to be driven from the selective optimum by mutation until с is approximately equal to 1/(4Н.д), or equivalently 4Н.дс is ∼1.00. Once this critical value of с is reached, mutation pressure would be incapable of pushing nucleotide composition to a more extreme value, with the equilibrium being defined by the ratio of mutation pressures and a scaled selection parameter near 4Н.дс of approximately 1.00. Consistent with this view, the results in Table 2 imply average values of 4Н.дс across species equal to 1.02 (0.18), 1.04 (0.08), and 0.78 (0.18) for coding DNA, silent sites, and total genomic DNA respectively, none of which are significantly different from 1.0.

If this interpretation is correct, then genomes that are in mutation-selection-drift equilibrium will have an A+T composition defined by the bias in mutation pressure alone, the approximate expectation being: from equation 6.2 in Lynch (9), where м is the ratio of the summed mutation rates involving G+C → A+T changes to the summed rates involving G+C ← A+T changes. Although this invariant pattern is “universal” only in the context of the current collection of species with well defined mutational features, because the phylogenetic diversity of this group is very substantial, it is likely to have broad applicability.

The predominance of A:T → G:C and G:C → A:T changes among base-substitutional mutations in the human genome has previously been inferred by other methods, some potentially influenced by selection biases (18 ⇓ –20). In primates, C → T transitions arise at CpG dinucleotide sites approximately 15 times the mutation rate observed at other sites (8, 21), ostensibly because of the spontaneous oxidative deamination of methylated cytosines at CpG sites. Consistent with this view, CpG sites in Арабидопсис that are specifically methylated do have elevated mutation rates, although methylation alone does not completely explain the high rate of G:C → A:T transition in this species, even at CpG sites (11). It is common for the CpGs within human somatic cells to be 20% to 80% methylated (22), although the degree of methylation in germline cells is less clear, and in Дрозофила ва Каенорабдит, which do not have detectable levels of methylation, other mechanisms must be responsible for the elevated rate of G:C → A:T mutation.

Insertions and Deletions.

In the human genome, small (1–50-bp) deletions are approximately three times as common as insertions of the same size, with both types of changes exhibiting very similar scaling with the size of the fragment involved in the mutational event (Fig. 1). In both cases, the mutation frequency declines with the 1.82 power of fragment size. Among segregating mutations in the human population, deletions are also 2.3 to 4.1 times more common than insertions (23, 24), consistent with the threefold bias at the mutational level assuming that both types of alterations are equally deleterious.

The size-frequency spectrum of insertion and deletion mutations in human genes, summed over autosomal-dominant and X-linked genes. The scaling of frequency (е) with length of the mutation (Л.) аст е = 0.56Л. −1.82 (r 2 = 0.957) and е = 0.67Л. −1.82 (r 2 = 0.973) for insertions and deletions, respectively. These regressions exclude the plotted data points for mutations with size changes that are multiples of 3, which leave the reading frame intact and in some cases have minimal phenotypic effects (and therefore go undetected), and also only employ mutations in size classes up to Л. = 20, beyond which sample sizes are very small and sporadic. For the latter reason, the data beyond Л. = 10 are also pooled into windows of three base sizes and divided by 3 to retain the appropriate scale.

From the fitted functions in Fig. 1, which ignore 3н-sized mutations (some of which apparently go undetected because they leave the reading frame intact), the total numbers of expected 1- to 50-bp mutations in the data set (corrected for detectability) are 2,585 and 903 for deletions and insertions. Comparing these numbers with the expected number of base-substitutional mutations (after correcting for the number of undetected mutations of this sort see Усулҳо), the extrapolated estimates of the deletion and insertion rates become 0.58 and 0.20 × 10 −9 per site per generation. Thus, taken together, insertion and deletion mutations are only approximately 6% as common as those involving single-base substitutions.

Cost of Introns.

The mutational cost of introns can be estimated in units of numbers of coding-site equivalents by considering the ratio of targets, РТ. (number of introns per gene divided by number of coding nucleotides per gene), and РМ. (number of observed mutations to defective alleles resulting from altered splicing divided by number resulting from coding-region alterations here defined by the total of all base-substitution mutations and all insertion/deletions smaller than 50 bp in length not known to affect splicing). The ratio of these ratios, РМ./РТ., provides an estimate of the average cost of an intron at a locus in units of numbers of coding nucleotides.

The average cost of an intron is approximately 30.8 (2.1) base pair equivalents (Fig. 2). In other words, in terms of the mutational target size to defective alleles, the addition of an intron to a human gene is on average equivalent to adding approximately 31 nucleotides to the coding region. This estimate is almost certainly downwardly biased because some coding-region mutations probably alter splicing (and go undetected in studies without cDNA sequencing) and some mutations undetected by target-locus sequencing may actually be deep within intron sequence (which, in almost all studies, has not been assayed).

The cost of introns in human genes in units of the cost of coding nucleotides. The solid diagonal line denotes the average ratio of the values on the vertical and horizontal axes, 30.8. The dashed lines, for reference, denote ratios of 10 (lower) and 100 (upper). Thus, the mutational cost of an intron in a typical human gene is equivalent to adding 30.8 coding nucleotides, and for the vast majority of loci this cost falls within the range of 10 to 100.

It should also be realized that the relative intron costs presented here are functions of the selective constraints on the coding DNA at a locus. All other things being equal, genes with very strong constraints on coding sequence will yield lower relative measures of intron costs at the locus, despite the fact that the absolute cost of introns (in units of numbers of nucleotides reserved for proper splice-site recognition) is likely to be relatively constant across loci.

A more direct estimate of the mutational cost of introns can be obtained as follows. Conservatively assuming that all mutations affecting splicing are detectable, then after correcting for the detectability of base substitutions, there appear to be approximately 0.036 splicing mutations per base-substitution in an average human gene, which for the loci analyzed here, implies a mutation rate to defective alleles associated with splice-site mutations of 69.6 × 10 −9 per intron per generation. Thus, taking into consideration that this estimate is likely to be downwardly biased, with an average of eight introns per protein region, a typical human gene experiences an elevation in the mutation rate to defective alleles of approximately 10 −6 per generation that an intron-free allele would otherwise avoid.


Glial Progenitors as Targets for Transformation in Glioma

Shirin Ilkhanizadeh , . Anders I. Persson , in Advances in Cancer Research , 2014

9 Concluding Remarks and Future Perspectives

The wide-spread distribution and life-long proliferative capacity of OPCs match the temporal and regional occurrence of gliomas, and therefore represent targets for transformation ( Fig. 1.6 ). Genetically distinct gliomas displaying PDGFRA amplifications, IDH1 R132H mutations, and H3F3A mutations express the OPC-related genes OLIG2, NKX2.2, PDGFRα and SOX10, implicating a common cell of origin ( Sturm et al., 2012 Verhaak et al., 2010 ). Even mesenchymal gliomas may arise from OPCs as novel data suggest that defined intrinsic factors and influence from the tumor microenvironment enable gliomas to toggle between proneural and mesenchymal phenotypes ( Bhat et al., 2013 Mao et al., 2013 ). An emerging focus on OPCs in gliomagenesis will provide critical information to researchers studying etiology, tumor microenvironment, and therapeutic intervention in glioma.

Figure 1.6 . OPCs, but not NSCs, are highly abundant in regions where IDH1 R132H mutant and H3F3A K27 mutant tumors arise in GBM patients, implicating their role in gliomagenesis.


Gene Koh and Xueqing Zou contributed equally to this work.

Пайвандҳо

Wellcome Trust Sanger Institute, Wellcome Genome Campus, Hinxton, CB10 1SA, UK

Department of Medical Genetics, School of Clinical Medicine, University of Cambridge, Cambridge, CB2 0QQ, UK

Gene Koh, Xueqing Zou & Serena Nik-Zainal

MRC Cancer Unit, School of Clinical Medicine, University of Cambridge, Cambridge, CB2 0XZ, UK

Gene Koh, Xueqing Zou & Serena Nik-Zainal

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Ҳиссагузориҳо

SNZ, GK, and XZ contributed to manuscript writing. Ҳама муаллифон дастнависи ниҳоиро хонданд ва тасдиқ карданд.

Authors’ information

Twitter handles: Gene Koh (@GeneChChKoh), Xueqing Zou (@xueqing_zou), Serena Nik-Zainal (@SerenaNikZainal).

Муаллифи мувофиқ


Иқтибосҳо

Soshnev, A. A., Josefowicz, S. Z. & Allis, C. D. Greater than the sum of parts: complexity of the dynamic epigenome. Мол. Ҳуҷайра 62, 681–694 (2016).

Greer, E. L. & Shi, Y. Histone methylation: a dynamic mark in health, disease and inheritance. Нат. Ваҳй Генет. 13, 343–357 (2012).

Pengelly, A. R., Copur, O., Jackle, H., Herzig, A. & Muller, J. A histone mutant reproduces the phenotype caused by loss of histone-modifying factor Polycomb. Илм 339, 698–699 (2013).

Maze, I., Noh, K. M., Soshnev, A. A. & Allis, C. D. Every amino acid matters: essential contributions of histone variants to mammalian development and disease. Нат. Ваҳй Генет. 15, 259–271 (2014).

Miller, S. A., Mohn, S. E. & Weinmann, A. S. Jmjd3 and UTX play a demethylase-independent role in chromatin remodeling to regulate T-box family member-dependent gene expression. Мол. Ҳуҷайра 40, 594–605 (2010).

Shpargel, K. B., Sengoku, T., Yokoyama, S. & Magnuson, T. UTX and UTY demonstrate histone demethylase-independent function in mouse embryonic development. PLoS Genet. 8, e1002964 (2012).

Kim, E. et al. Phosphorylation of EZH2 activates STAT3 signaling via STAT3 methylation and promotes tumorigenicity of glioblastoma stem-like cells. Cancer Cell 23, 839–852 (2013).

Xu, K. et al. EZH2 oncogenic activity in castration-resistant prostate cancer cells is Polycomb-independent. Илм 338, 1465–1469 (2012).

Lewis, P. W. et al. Inhibition of PRC2 activity by a gain-of-function H3 mutation found in pediatric glioblastoma. Илм 340, 857–861 (2013).

Lu, C. et al. Histone H3K36 mutations promote sarcomagenesis through altered histone methylation landscape. Илм 352, 844–849 (2016).

Behjati, S. et al. Distinct H3F3A and H3F3B driver mutations define chondroblastoma and giant cell tumor of bone. Нат. Генет. 45, 1479–1482 (2013).

Fang, D. et al. The histone H3.3K36M mutation reprograms the epigenome of chondroblastomas. Илм 352, 1344–1348 (2016).

Schwartzentruber, J. et al. Driver mutations in histone H3.3 and chromatin remodelling genes in paediatric glioblastoma. Табиат 482, 226–231 (2012).

Papillon-Cavanagh, S. et al. Impaired H3K36 methylation defines a subset of head and neck squamous cell carcinomas. Нат. Генет. 49, 180–185 (2017).

Herz, H. M. et al. Histone H3 lysine-to-methionine mutants as a paradigm to study chromatin signaling. Илм 345, 1065–1070 (2014).

Jayaram, H. et al. С.-adenosyl methionine is necessary for inhibition of the methyltransferase G9a by the lysine 9 to methionine mutation on histone H3. Прок. Натл Акад. Sci. ИМА 113, 6182–6187 (2016).

Mohammad, F. et al. EZH2 is a potential therapeutic target for H3K27M-mutant pediatric gliomas. Нат. Мед. 23, 483–492 (2017).

Mohammad, F. & Helin, K. Oncohistones: drivers of pediatric cancers. Genes Dev. 31, 2313–2324 (2017).

Beard, C., Hochedlinger, K., Plath, K., Wutz, A. & Jaenisch, R. Efficient method to generate single-copy transgenic mice by site-specific integration in embryonic stem cells. Genesis 44, 23–28 (2006).

Hochedlinger, K., Yamada, Y., Beard, C. & Jaenisch, R. Ectopic expression of Oct-4 blocks progenitor-cell differentiation and causes dysplasia in epithelial tissues. Ҳуҷайра 121, 465–477 (2005).

Wray, J. et al. Inhibition of glycogen synthase kinase-3 alleviates Tcf3 repression of the pluripotency network and increases embryonic stem cell resistance to differentiation. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 13, 838–845 (2011).

Zhang, Y. et al. H3K36 histone methyltransferase Setd2 is required for murine embryonic stem cell differentiation toward endoderm. Намояндаи Cell. 8, 1989–2002 (2014).

Inagawa, M. et al. Histone H3 lysine 9 methyltransferases, G9a and GLP are essential for cardiac morphogenesis. Mech. Дев. 130, 519–531 (2013).

Bilodeau, S., Kagey, M. H., Frampton, G. M., Rahl, P. B. & Young, R. A. SetDB1 contributes to repression of genes encoding developmental regulators and maintenance of ES cell state. Genes Dev. 23, 2484–2489 (2009).

Zuo, X. et al. The histone methyltransferase Setd2 is required for expression of acrosin-binding protein 1and protamines and essential for spermiogenesis in mice. Ҷ. Биол. Химия. 293, 9188–9197 (2018).

Sitnicka, E. et al. Key role of flt3 ligand in regulation of the common lymphoid progenitor but not in maintenance of the hematopoietic stem cell pool. Иммунитет 17, 463–472 (2002).

Adolfsson, J. et al. Identification of Flt3+ lympho-myeloid stem cells lacking erythro-megakaryocytic potential a revised road map for adult blood lineage commitment. Ҳуҷайра 121, 295–306 (2005).

Zhang, Y. L. et al. Setd2 deficiency impairs hematopoietic stem cell self-renewal and causes malignant transformation. Cell Res. 28, 476–490 (2018).

Hock, H. et al. Gfi-1 restricts proliferation and preserves functional integrity of haematopoietic stem cells. Табиат 431, 1002–1007 (2004).

Hock, H. et al. Intrinsic requirement for zinc finger transcription factor Gfi-1 in neutrophil differentiation. Иммунитет 18, 109–120 (2003).

Ye, M. et al. C/EBPa controls acquisition and maintenance of adult haematopoietic stem cell quiescence. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 15, 385–394 (2013).

Zhang, D. E. et al. Absence of granulocyte colony-stimulating factor signaling and neutrophil development in CCAAT enhancer binding protein alpha-deficient mice. Прок. Натл Акад. Sci. ИМА 94, 569–574 (1997).

Ng, S. Y., Yoshida, T., Zhang, J. & Georgopoulos, K. Genome-wide lineage-specific transcriptional networks underscore Ikaros-dependent lymphoid priming in hematopoietic stem cells. Иммунитет 30, 493–507 (2009).

Pronk, C. J. et al. Elucidation of the phenotypic, functional, and molecular topography of a myeloerythroid progenitor cell hierarchy. Ҳуҷайраи бунёдии ҳуҷайра 1, 428–442 (2007).

Yuan, W. et al. H3K36 methylation antagonizes PRC2-mediated H3K27 methylation. Ҷ. Биол. Химия. 286, 7983–7989 (2011).

Baubec, T. et al. Genomic profiling of DNA methyltransferases reveals a role for DNMT3B in genic methylation. Табиат 520, 243–247 (2015).

Hardy, R. R., Carmack, C. E., Shinton, S. A., Kemp, J. D. & Hayakawa, K. Resolution and characterization of pro-B and pre-pro-B cell stages in normal mouse bone marrow. J. Exp. Мед. 173, 1213–1225 (1991).

Lehnertz, B. et al. H3(K27M/I) mutations promote context-dependent transformation in acute myeloid leukemia with RUNX1 alterations. Blood 130, 2204–2214 (2017).

Peters, A. H. et al. Loss of the Suv39h histone methyltransferases impairs mammalian heterochromatin and genome stability. Ҳуҷайра 107, 323–337 (2001).

Zhuang, L. et al. Depletion of Nsd2-mediated histone H3K36 methylation impairs adipose tissue development and function. Нат. Коммун. 9, 1796 (2018).

Shan, C. M. et al. A histone H3K9M mutation traps histone methyltransferase Clr4 to prevent heterochromatin spreading. eLife 5, e17903 (2016).

Yang, S. et al. Molecular basis for oncohistone H3 recognition by SETD2 methyltransferase. Genes Dev. 30, 1611–1616 (2016).

Justin, N. et al. Structural basis of oncogenic histone H3K27M inhibition of human polycomb repressive complex 2. Нат. Коммун. 7, 11316 (2016).

Jiao, L. & Liu, X. Structural basis of histone H3K27 trimethylation by an active polycomb repressive complex 2. Илм 350, aac4383 (2015).

Piunti, A. et al. Therapeutic targeting of polycomb and BET bromodomain proteins in diffuse intrinsic pontine gliomas. Нат. Мед. 23, 493–500 (2017).

Fang, D. et al. H3.3K27M mutant proteins reprogram epigenome by sequestering the PRC2 complex to poised enhancers. eLife 7, e36696 (2018).

Funato, K., Major, T., Lewis, P. W., Allis, C. D. & Tabar, V. Use of human embryonic stem cells to model pediatric gliomas with H3.3K27M histone mutation. Илм 346, 1529–1533 (2014).

Blanpain, C. & Fuchs, E. Stem cell plasticity. Plasticity of epithelial stem cells in tissue regeneration. Илм 344, 1242281 (2014).

Booth, L. N. & Brunet, A. The aging epigenome. Мол. Ҳуҷайра 62, 728–744 (2016).

de Graaf, C. A. et al. Haemopedia: an expression atlas of murine hematopoietic cells. Намояндаи ҳуҷайраҳои бунёдӣ. 7, 571–582 (2016).

Subramanian, A. et al. Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Прок. Натл Акад. Sci. ИМА 102, 15545–15550 (2005).

Nagy, A., Rossant, J., Nagy, R., Abramow-Newerly, W. & Roder, J. C. Derivation of completely cell culture-derived mice from early-passage embryonic stem cells. Прок. Натл Акад. Sci. ИМА 90, 8424–8428 (1993).

Eggan, K. et al. Hybrid vigor, fetal overgrowth, and viability of mice derived by nuclear cloning and tetraploid embryo complementation. Прок. Натл Акад. Sci. ИМА 98, 6209–6214 (2001).

Dobin, A. et al. STAR: ultrafast universal RNA-seq aligner. Биоинформатика 29, 15–21 (2013).

Anders, S., Pyl, P. T. & Huber, W. HTSeq-a Python framework to work with high-throughput sequencing data. Биоинформатика 31, 166–169 (2015).

Робинсон, MD, McCarthy, D. J. & Smyth, G. K. edgeR: бастаи биокондуктор барои таҳлили экспрессияи дифференсиалии додаҳои генҳои рақамӣ. Биоинформатика 26, 139–140 (2010).

Lo, Y. H. et al. Transcriptional regulation by ATOH1 and its target SPDEF in the intestine. Ҳуҷайра. Мол. Gastroenterol. Гепатол. 3, 51–71 (2017).

Green, C. D. et al. A Comprehensive Roadmap of Murine Spermatogenesis Defined by Single-Cell RNA-Seq. Дев. Ҳуҷайра 46, 651–667.e10 (2018).

Haber, A. L. et al. A single-cell survey of the small intestinal epithelium. Табиат 551, 333–339 (2017).


Эзоҳҳо

Funding information and disclosures are provided at the end of the article. Full disclosure form information provided by the authors is available with the full text of this article at Neurology.org/NG.

The Article Processing Charge was funded by NIH grant.

  • Received February 14, 2018.
  • Accepted in final form May 21, 2018.
  • Copyright © 2018 Муаллиф (ҳо). Published by Wolters Kluwer Health, Inc. on behalf of the American Academy of Neurology.

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives License 4.0 (CC BY-NC-ND), which permits downloading and sharing the work provided it is properly cited. The work cannot be changed in any way or used commercially without permission from the journal.