Génové mutácie sú malé zmeny genetickej informácie, ktoré postihujú malý počet nukleotidov v DNA, väčšinou len jeden. Preto sa nazývajú aj bodové mutácie. Účinok takejto mutácie na gén je rôzny. Mutovaný gén (mutantná alela) si môže zachovať plnú funkčnosť oproti pôvodnému génu, ale tak isto môže jediná mutácia (napr. zámena nukleotidu na jednom mieste) viesť k úplnému znefunkčneniu proteínu, ktorý je mutovaným génom kódovaný a výsledkom je genetické ochorenie, ktoré sa prejaví u potomstva.
Bodové mutácie klasifikujeme na základe viacerých kritérií podľa toho, na akej úrovni dané zmeny sledujeme. Toto členenie je vo svojej podstate hierarchické a zahŕňa celý priebeh proteosyntézy až po výsledný produkt (proteín). Rozlišujeme teda mutácie s efektom na:
Efekt na sekvenciu DNA link
Zmeny na úrovni sekvencie nukleotidov sú prvotnými zmenami, od ktorých sa odrážajú zmeny na ostatných hierarchických úrovniach v prípade, že nastanú v oblasti génu, ktorá priamo slúži na prepis do mRNA (transkripciu) a preklad do primárnej štruktúry polypeptidového reťazca (transláciu). Mutácia môže samozrejme nastať aj na iných úrovniach, ale z hľadiska dlhodobého prenosu informácie je mutácia samotnej DNA kľúčová, lebo slúži ako trvalý vzor pre každú (!) molekulu mRNA a proteínu, ktorá na jej základe vzniká.
Nie každá oblasť DNA však slúži ako „vzor“ pre proteíny. Spomeňte si len na známe prípady ako sú tRNA a rRNA, ktoré sa nikdy neprekladajú do proteínov, pretože majú odlišné, špeciálne funkcie. Do proteínov sa nedostávajú ani oblasti na DNA, ktoré označujeme pojmom intróny (sú typické hlavne pre eukaryoty). V skutočnosti iba 1–2 % celkovej ľudskej DNA predstavujú proteín-kódujúce sekvencie (exóny). Zvyšok sú tzv. nekódujúce sekvencie (regulačné oblasti, pseudogény, repetície), k presným významom ktorých sa dnešná veda stále postupne dopátrava.
Z hľadiska sekvencie DNA rozoznávame niekoľko typov bodových mutácií:
- substitúcie – zámena jedného nukleotidu za iný (prípadne za jeho neprirodzený analóg), ktoré klasifikujeme nasledovne:
- tranzície – zámena purínu za purín alebo pyrimidínu za pyrimidín (napr. C za T)
- transverzie – zámena purínu za pyrimidín alebo opačne (napr. C za G)
- inzercia (adícia) – vloženie jedného alebo viacerých nadpočetných nukleotidov
- delécia – strata jedného alebo viacerých nukleotidov
Tieto zmeny môžu spôsobovať:
- vonkajšie faktory (chemické či fyzikálne mutagény)
- vnútorné faktory (produkty bunkového metabolizmu, náhodné chyby pri replikácii či reparácii DNA)
Efekt na sekvenciu aminokyselín link
Transkripciou nukleotidovej sekvencie génu vzniká v bunkovom jadre mRNA, ktorá je medzičlánkom medzi DNA a proteínom. Trojica nukleotidov sa označuje pojmom kodón. Tento kód následne číta transferová RNA (tRNA), ktorá pomocou svojho antikodónu prináša k miestu syntézy presné aminokyseliny. Tento proces prebieha na ribozómoch.
Mutácie, ktoré prebiehajú v proteín-kódujúcich oblastiach DNA, sa na ďalšom hierarchickom stupni prejavujú zmenou sekvencie kodónov na mRNA. Na základe ich efektu na výslednú bielkovinu rozlišujeme:
- tiché mutácie (angl. silent mutation) – vďaka degenerovanosti (zmnoženosti) genetického kódu nastáva zaradenie rovnakej aminokyseliny napriek odlišnému kodónu (ide predovšetkým o niektoré substitúcie na 3. pozícii tripletu). Bielkovina sa nijako nemení.
- mutácie meniace zmysel (angl. missense mutation) – zmena kodónu spôsobí zaradenie inej aminokyseliny do polypeptidového reťazca. Podľa vlastností novej aminokyseliny ich ďalej delíme:
- konzervatívna zámena – aminokyselina je nahradená inou, ale chemicky podobnou (napr. obe sú zásadité), takže funkcia proteínu sa zvyčajne veľmi nezmení
- nekonzervatívna zámena – zaradí sa chemicky značne odlišná aminokyselina, čo môže funkciu proteínu úplne zničiť (napríklad pri kosáčikovitej anémii)
Efekt na čítací rámec link
Čítací rámec je spôsob, akým sa interpretujú sekvencie nukleotidov do sekvencie aminokyselín. Každý kodón je daný trojicou za sebou idúcich nukleotidov, pričom platí:
dĺžka čítacieho rámca = počet aminokyselín × 3
Mutácie, ktoré ovplyvňujú čítanie kodónov na mRNA, sú rozsiahle zmeny vedúce takmer vždy k syntéze nefunkčného proteínu. Sú to tieto mutácie:
- nezmyselné mutácie (angl. nonsense mutation) – zámena nukleotidu pre niektorú aminokyselinu za STOP kodón (UAG, UAA alebo UGA) spôsobí predčasné ukončenie translácie na ribozóme. Vzniká tak skrátený, spravidla nefunkčný proteín.
- posunové mutácie (angl. frameshift mutation) – sú špeciálnym typom mutácií, ktorých podstatou je inzercia alebo delécia takého počtu nukleotidov, ktorý nie je násobkom 3. Keďže sa kód číta v trojiciach, táto zmena spôsobí posun čítania kodónov na ribozóme a od miesta mutácie nastáva zaradenie úplne odlišných, nezmyselných aminokyselín.
Efekt na funkciu proteínu link
Mnohé spomenuté mutácie dokážeme rozoznať len vtedy, ak ovplyvnia fenotyp daného jedinca. Mutácia v proteíne sa môže správať rôzne:
- mutácia typu gain-of-function – mutovaný proteín získal nové abnormálne vlastnosti, a preto je fenotyp takejto mutácie väčšinou dominantný.
- mutácia typu loss-of-function – mutovaný proteín je nefunkčný, ale druhá kópia (normálna, nemutovaná alela) väčšinou postačuje pokryť potreby organizmu, preto je táto mutácia recesívna.
- dominantne negatívna mutácia – je špeciálnym prípadom mutácie, pri ktorej má mutovaná alela taký dominantný fenotyp, že jej produkt je svojím prejavom antagonistický voči produktu normálnej alely, takže výsledkom je strata funkcie napriek prítomnosti jednej normálnej alely.
Príkladom dominantne negatívnej mutácie sú napr. proteíny, ktoré vykonávajú svoju funkciu len vtedy, keď je spojených niekoľko rovnakých molekúl do komplexnej kvartérnej štruktúry. Takáto štruktúra sa označuje pojmom homomér a zvyčajne sa konkretizuje počtom zložiek, ktoré ju tvoria. Napr. funkčný proteín p53 formuje homotetramér zložený zo 4 identických molekúl monoméru p53. Zákernosť dominantne negatívnej mutácie spočíva v tom, že ak je bunka heterozygotná (má jednu normálnu a jednu mutovanú alelu) a obe sa prejavujú rovnako intenzívne, šanca, že sa do štruktúry zaradí „dobrý“ monomér, je presne 50 % (teda 1/2). Keďže na funkčný homotetramér potrebujeme 4 takéto dobré monoméry nezávisle od seba, pravdepodobnosť ich zloženia je: (1/2) × (1/2) × (1/2) × (1/2) = 1/16, čo je presne 6,25 %. Stačí teda jedna zlá alela a zrazu je takmer 94 % výsledných proteínových komplexov v bunke nefunkčných!
