Ugrás a tartalomhoz

Molekuláris diagnosztika

Dr. Balogh István, Dr. Kappelmayer János, Dr. Tőzsér József (2011)

Debreceni Egyetem

2. fejezet - 2. A genetikai kód, mutációtípusok

2. fejezet - 2. A genetikai kód, mutációtípusok

Tartalom

A potenciálisan patogén mutációk legnagyobb része a gén által kódolt fehérjén keresztül fejti ki káros hatását. A genetikai kód hárombetűs (2.1. ábra) és négy lehetőség van minden pozícióra a kodonon belül, ezáltal elvileg 64 lehetséges kodon alakítható ki, ami több mint elegendő a 20 aminosav kódolására. A genetikai kód degenerált, mert minden aminosav több (általában 3) kodon által determinált. Néhány aminosav (leucin, szerin, arginin) 6 kodon által kódolt, mások lényegesen szegényebben reprezentáltak. A kodon harmadik nukleotidja gyakran lötyög, ami azt jelenti, hogy bármely nukleotid is fogalja el, az eredmény ugyanaz az aminosav lesz. A genetikai kód majdnem univerzális, de vannak kivételek. A normálisan arginint kódoló AGA és AGG kodonok a mitokondriumban stop kodont kódolnak, az ATA (izoleucin) a mitokondriumban metionin, míg a TGA (stop) a mitokondriumban triptofán. A TAA és a TAG mind a mitokondriumban, mind a nukleáris kód rendszerben stop kodont kódol.

2.1. ábra - 2.1. ábra. A genetikai kód

2.1. ábra. A genetikai kód

A gének kódoló régióit érintő mutációk leggyakrabban missense mutációk, azaz egy aminosav kodon másik aminosavat kódoló kodonra változik. A 2.2. ábrán a CAT kodon változik CCT-re, ami az eredetileg kódolt hisztidin aminosav prolinra változását eredményezi. Az egy nukleotidot érintő eltérések kb. 70%-a aminosav cserével járó mutáció. Kevesebb, mint egy harmada a pontmutációknak érinti a spilicing-ot illetve okoz stop kodont. A szabályzó elemekben bekövetkezett mutációk aránya kb. 1%.

2.2. ábra - 2.2. ábra. Aminosav cserével járó (missense) mutációk

2.2. ábra. Aminosav cserével járó (missense) mutációk

A missense mutációk hatása rendkívül széles tartományt ölel fel. Nagyon gyakran, különösen, ha felület expozált pozíció változik meg, illetve ha hasonló kémiai karakterisztikájú aminosavra cserélődik az eredeti, a hatás nem drámai a fehérje szerkezetére és funkciójára nézve.          Akkor, ha a fehérje szerkezetének fenntartásában részt vevő aminosav változik, vagy a gyakran diszulfid hidat képező cisztein mutálódik, a hatás általában sokkal súlyosabb. Akár egyetlen aminosav megváltozása is teljesen destabilizálhatja a több száz, vagy akár ezres nagyságrendű aminosavból álló fehérjét, annak intracelluláris lebomlását eredményezve. Súlyos hatása lehet a fehérje funkciójára nézve, pl. egy enzim aktív centrumának mutációja. A missense mutációk hatását, ellentétben a trunkáló mutációkéval, illetve az olvasási keret eltolódást okozó eltérésekkel, nagyon nehéz előre jelezni. A patogenitás vizsgálatára gyakran használnak rekombináns rendszereket. Ekkor az adott fehérjét kódoló mRNS-ből visszaírva cDNS-ként klónozzák. Ezt követően az intronmentes cDNS-t olyan rendszerbe helyezik, mely annak rekombináns expresszióját lehetővé teszi. Ez leggyakrabban expressziós plazmidba történő ligálás. Az így létrehozott, rekombináns expresszióra kész rendszerben helyspecifikus mutagenezissel a potenciálisan patogén eltérést létrehozzák és a rekombináns fehérjét expresszálják. Az expressziós rendszerek több félék lehetnek. Ha a fehérje kicsi, diszulfid hidat és poszttranszlációs módosítást (pl. szénhidrát) nem tartalmaz, akkor a leggyakrabban E.coli rendszert használnak. Bonyolultabb szerkezetű fehérjék esetén eukarióta rendszerek, élesztő, vagy emlős sejtvonal alapúak használhatók. Ezekben lehetőség nyílik a mutáns fehérjék stabilitásának, szerkezet-funkció összefüggéseinek vizsgálatára, tehát végső soron a patogenitás bizonyítására.

Az aminosav cserével járó mutációkkal szemben, a másik gyakori patogén pontmutáció, a nonsense (nonszensz) mutáció esetén különösebb bizonyításra általában nincs szükség. Nonszensz mutáció akkor következik be, ha egy aminosavat kódoló tripletben olyan mutáció jön létre, mely azt TGA, TAA vagy TAG kodonná alakítja. A stop kodon kialakulása általában trunkált fehérje kialakulását eredményezi (ha egyáltalán keletkezik fehérje az ilyen mRNS templátról). A korai stop kodon szinte mindig patogén, funkcióvesztéssel jár. A nonszensz mutáció eredményeképp kialakuló mRNS gyakran el sem jut a fehérjeszintézishez, hanem elemésztődik (lásd nonszensz-mediálta mRNS lebomlás), azaz a sejt többszintű (mRNS illetve fehérje) védekező mechanizmussal rendelkezik a potenviálisan káros fehérjetermékek keletkezésének megelőzésére.

A 2.3. ábrán egy eredetileg CAG kodon annak első nukleotidja mutációja miatt TAG-re változik, azaz a fehérjeszintézis ebben a pozícióban leáll.

2.3. ábra - 2.3. ábra. A nonszensz mutáció

2.3. ábra. A nonszensz mutáció