Виды генных мутаций. Точковые и структурные мутации
Генные мутации могут быть подразделены на точковые и структурные. Точковые мутации (point mutation) затрагивают один нуклеотид либо 1-2 соседних нуклеотида, тогда как к структурным мутациям относятся более протяженные дефекты гена.
Среди точковых мутаций чаще всего встречаются нуклеотидные замены в кодирующей области гена, т.е. в экзонах. В том случае, если нуклеотидная замена сопровождается изменением аминокислотного шифра соответствующего кодона, такая мутация ведет к изменению состава полипептидной цепи вследствие встраивания в нее «ошибочной» аминокислоты. Мутации данного типа называются миссенс-мутация (missense - т.е. с изменением «смысла» повреждаемого кодона).
Тяжесть фенотипических проявлений болезни в этом случае будет определяться функциональной значимостью мутантного участка белка; наиболее тяжелые последствия имеют обычно миссенс-мутации, затрагивающие активные центры белковой молекулы. Иногда нуклеотидная замена приводит к замещению информационно значимого кодона на стоп-кодон; в результате этого на мутантном участке соответствующей молекулы мРНК происходит преждевременный обрыв трансляции и образование «усеченной» (truncated), функционально дефектной молекулы белка.
Такие нуклеотидные замены обозначаются термином нонсенс-мутации (nonsense - «бессмысленные», нарушающие информационную роль кодона).
Достаточно распространенным типом мутантных аллелей являются аллели, образующиеся в результате выпадения (делеции) или вставки (инсерции) нуклеотидов в кодирующей области гена. Если число нуклеотидов при делециях и вставках некратно трем (например, в случае точковой мутации с выпадением одного нуклеотида), такая мутация приводит к нарушению нормального отсчета кодирующих триплетов, в результате чего нее последующие кодоны в полинуклеотидной цепи приобретают другой аминокислотный смысл.
Другими словами, данный тип мутации сопровождается сдвигом рамки считывания генетического кода (frameshift); мутации со сдвигом рамки ведут к синтезу «бессмысленного» чужеродного белка, который быстро деградирует под воздействием внутриклеточных протеаз.
Если мутация со сдвигом рамки либо нопсенс-мутация расположены в 5'-области гена (т.е. ближе к его началу), они сопровождаются отсутствием синтеза с данной конии гена сколько-нибудь значимой в функциональном отношении полипептидной молекулы и полной потерей активности белка - так называемые нулевые мутации (null mutation). Разумеется, такие мутации являются весьма тяжелыми и нередко либо несовместимы с жизнью, либо характеризуются развитием выраженных мультисистемных проявлений болезни.
В неврологии ярким примером такого рода является атаксия-телеангиэктазия, обусловленная повреждением обеих копий гена ATM, кодирующего белок семейства фосфатидилинозитолкиназ. Около 90% известных на сегодня мутаций в гене ATM представляют собой нулевые мутации, приводящие к полной инактивации белка и развитию множественных симптомов поражения головного мозга, кожи, сосудистой, иммунной, эндокринной, костной систем, онкологических осложнений [Gilad S. el al., 1996].
Точковые и структурные мутации могут происходить не в собственно кодирующих участках гена, а на самом стыке экзонов и интронов - в сайтах сплайсинга (сплайсинговые мутации). Такие мутации нарушают нормальные механизмы созревания первичного РНК-транскрипта и приводят к неправильному вырезанию нитрона либо к удалению из молекулы РНК информационно значимой экзонной последовательности.
В результате этого происходит значительное нарушение структуры белка, ведущее обычно к развитию тяжелых клинических проявлений болезни. В редких случаях мутации могут затрагивать различные регуляторные последовательности (например, в области промотора или интронов), влияющие на характер экспрессии гена; такие регуляторные мутации обычно сопровождаются не нарушением структуры или функции белковой молекулы, а количественными изменениями содержания белка в клетке.
