Stille Mutation

Stille Mutationen wurden als experimentelle Strategie eingesetzt und können klinische Auswirkungen haben.

Steffen Müller von der Stony Brook University entwickelte einen Lebendimpfstoff gegen Polio, bei dem das Virus so verändert wurde, dass synonyme Codons die natürlich vorkommenden im Genom ersetzten. Dadurch war das Virus weiterhin in der Lage, zu infizieren und sich zu vermehren, wenn auch langsamer. Mäuse, die mit diesem Impfstoff geimpft wurden, zeigten eine Resistenz gegen den natürlichen Polio-Stamm.

Bei molekularen Klonierungsexperimenten kann es nützlich sein, stille Mutationen in ein gewünschtes Gen einzuführen, um Erkennungsstellen für Restriktionsenzyme zu schaffen oder zu entfernen.

Psychische Störungen können durch stille Mutationen verursacht werden. Eine stille Mutation bewirkt, dass das Dopaminrezeptor-D2-Gen weniger stabil ist und schneller abgebaut wird, wodurch das Gen unterexprimiert wird.

Eine stille Mutation im Multidrug-Resistenz-Gen 1 (MDR1), das für eine Zellmembranpumpe kodiert, die Medikamente aus der Zelle ausstößt, kann die Translation an einer bestimmten Stelle verlangsamen, so dass sich die Peptidkette in eine ungewöhnliche Konformation biegen kann. Dadurch ist die mutierte Pumpe weniger funktionsfähig.

Die Abweichungen von der durchschnittlichen Schmerzempfindlichkeit werden sowohl durch eine ATG-zu-GTG-Mutation (nichtsynonym) als auch durch eine CAT-zu-CAC-Mutation (synonym) verursacht. Diese beiden Mutationen sind sowohl im Gen für geringe Schmerzempfindlichkeit als auch im Gen für hohe Schmerzempfindlichkeit enthalten. Das Gen für geringe Schmerzempfindlichkeit weist zusätzlich eine stumme Mutation von CTC zu CTG auf, während das Gen für hohe Schmerzempfindlichkeit keine Mutation aufweist und die CTC-Sequenz an dieser Stelle mit dem Gen für mittlere Schmerzempfindlichkeit gemeinsam hat.

Multi-Medikamentenresistenz-Gen 1Bearbeiten

Rund 99,8 % der Gene, die eine Mutation erfahren, gelten als stumm, weil die Nukleotidveränderung die zu übersetzende Aminosäure nicht verändert. Obwohl davon ausgegangen wird, dass stumme Mutationen keine Auswirkungen auf das phänotypische Ergebnis haben, beweisen einige Mutationen das Gegenteil, wie das Multi-Drug Resistance Gene 1. MDR1 kodiert für das P-Glykoprotein, das dabei hilft, Medikamente im Körper auszuscheiden. Es befindet sich in Darm, Leber, Bauchspeicheldrüse und Gehirn. MDR 1 befindet sich an denselben Stellen wie CYP3A4, ein Enzym, das dabei hilft, Giftstoffe oder Medikamente aus Leber und Darm zu entfernen. Stille Mutationen wie MDR 1 führen zu einer Veränderung der phänotypischen Reaktion. Eine Studie an Mäusen hat gezeigt, dass ihr Körper das Ivermectin- oder Cyclosporin-Medikament nicht erkennt, wenn sie nicht genügend MDR1-Gene besitzen, was zur Bildung von Toxinen in ihrem Körper führt.

MRD1 weist über fünfzig Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP’s) auf, d.h. Veränderungen in der Nukleotid-Basensequenz. Bei MDR1 kann das Gen-Exon 26, das für 3535C steht, zu 3535T mutieren, wodurch sich die Transfer-RNA in eine nicht so häufig vorkommende RNA verwandelt, was zu Veränderungen des Ergebnisses bei der Translation führt. Dies ist ein Beispiel dafür, dass einige stille Mutationen nicht immer stumm sind. Bei den Genen für Multidrogenresistenz an Exon 26 C3435T, Exon 21 G2677T/A und Exon 12 C1236T wurden SNPs untersucht, die zur gleichen Zeit auftreten und somit die phänotypische „Funktion“ verändern. Dies deutet auf eine Haplotyp-Abhängigkeit zwischen Exon 26 und anderen Exons hin, die Polymorphismen aufweisen. Zum Beispiel sind Efavirenz und Nelfinavir zwei Arten von Medikamenten, die dazu beitragen, die HIV-Infektion im Körper einer Person zu verringern. Wenn der SNP von Exon 26 mit anderen SNP-Exons gekoppelt ist, haben die Medikamente eine geringere Chance, die HIV-Infektion aufrechtzuerhalten. Wenn die TT-Nukleotide in Exon 26 exprimiert werden, hat der Patient zwar eine geringere Viruskonzentration, aber wenn sich der Genotyp in CC oder CT verwandelt, kann sich die Infektion ganz normal ausbreiten, so dass das MDR-1-Gen fast wehrlos ist. Diese Veränderungen in den Basen von Exon 26 für MDR 1 zeigen einen Zusammenhang zwischen den Mutationen des MDR 1-Gens und der Fähigkeit der antiretroviralen Medikamente, die HIV-Infektion zu unterdrücken.

Exon 26 wurde auch daraufhin untersucht, ob es vom Haplotyp abhängig ist oder nicht. Das Vorhandensein des SNP von Exon 26 verändert die phänotypischen Funktionen, wenn es mit dem Vorhandensein von Mutationen der Exons 12 und 21 gepaart ist. Allein wirkt er sich jedoch nicht so stark auf das phänotypische Ergebnis aus. Ein Beispiel für die Haplotyp-Abhängigkeit von Exon 26 zeigt sich bei der Betrachtung der Chemotherapie. Da MDR 1 Medikamente aus unseren Zellen entfernt, wurden Inhibitoren eingesetzt, um die Fähigkeit von MRD 1, Medikamente zu entfernen, zu blockieren, so dass nützliche Medikamente wie Chemotherapie und Immunsuppressiva den Körper bei der Genesung effizienter unterstützen können. MDR1 verfügt über verschiedene Proteine, die dabei helfen, diese spezifischen Medikamente aus den Krebszellen zu verbannen. Verapamil und Cyclosporin A sind gängige Hemmstoffe für MDR1. Wenn C3435T jedoch mit einer Mutation aus Exon 12 oder Exon 21 mutiert ist (oder wenn alle drei Mutationen gleichzeitig auftreten und einen Haplotyp bilden), ist es unwahrscheinlich, dass die Hemmstoffe die Funktion von MDR1 schwächen. Mehrfach stumm mutierte Gene sind in der Regel resistenter gegen diese Inhibitoren.

Auf molekularer Ebene liegt der Grund, warum C3435T in Exon 26 des MDR1-Gens nicht stumm ist, in der Geschwindigkeit, mit der die Aminosäuren in Proteine übersetzt werden. mRNAs Sekundärstrukturen können sich falten, was bedeutet, dass verschiedene Codons verschiedenen Faltungen der mRNA entsprechen. Wenn z. B. Exon 26 ATC zu ATT ändert, produzieren beide Codons die gleiche Aminosäure, aber ATC wird häufiger gesehen als das Mutationscodon. Infolgedessen ändert sich die Zeit, die das Ribosom benötigt, um seine Proteinbestätigung zu produzieren. Dies führt zu einer Proteinstruktur, die sich von der üblichen Form des Proteins unterscheidet, was wiederum zu anderen Funktionen des Proteins führt.

Weitere Gründe für die „stille Mutation“ von MDR1 liegen in der Boten-RNA. In der mRNA fungieren Codons auch als Enhancer für das Exon-Spleißen. Codons entscheiden auf der Grundlage des Codons, das sie in der mRNA lesen, wann sie Introns herausschneiden. Bei mutierten Codons besteht ein höheres Risiko, dass sie beim Herausspleißen von Introns aus der mRNA-Sequenz einen Fehler machen, was dazu führt, dass die falschen Exons produziert werden. Dadurch kommt es zu einer Veränderung der reifen Boten-RNA. Mutationen im Multi-Drug Resistance Gene 1 zeigen, wie sich stille Mutationen auf das Ergebnis des Phänotyps auswirken können.