Stille mutatie

Stille mutaties zijn gebruikt als experimentele strategie en kunnen klinische implicaties hebben.

Steffen Mueller van de Stony Brook University ontwierp een levend vaccin tegen polio waarbij het virus zo was gemanipuleerd dat synonieme codons de natuurlijk voorkomende in het genoom vervingen. Daardoor was het virus nog steeds in staat tot infectie en voortplanting, zij het langzamer. Muizen die met dit vaccin werden ingeënt, vertoonden resistentie tegen de natuurlijke polio-stam.

In moleculaire kloneringsexperimenten kan het nuttig zijn stille mutaties in een gen aan te brengen om herkenningspunten voor restrictie-enzymen te creëren of te verwijderen.

Menselijke stoornissen kunnen worden veroorzaakt door stille mutaties. Een stille mutatie zorgt ervoor dat het dopaminereceptor-D2-gen minder stabiel is en sneller wordt afgebroken, waardoor het gen onderexpressief wordt.

Een stille mutatie in het multidrugresistentiegen 1 (MDR1), dat codeert voor een cellulaire membraanpomp die geneesmiddelen uit de cel drijft, kan de translatie op een specifieke plaats vertragen, zodat de peptideketen zich in een ongebruikelijke conformatie kan buigen. Daardoor is de gemuteerde pomp minder functioneel.

Afwijkingen van de gemiddelde pijngevoeligheid worden veroorzaakt door zowel een ATG naar GTG mutatie (niet synoniem), als een CAT naar CAC mutatie (synoniem). Deze twee mutaties worden beide gedeeld door het gen voor lage pijngevoeligheid en het gen voor hoge pijngevoeligheid. Lage pijngevoeligheid heeft een extra CTC naar CTG stille mutatie, terwijl hoge pijngevoeligheid dat niet heeft en de CTC-sequentie op deze plaats deelt met gemiddelde pijngevoeligheid.

Multi-Drug Resistance Gene 1Edit

Rongeveer 99,8% van de genen die mutaties ondergaan, worden als “silent” beschouwd omdat de nucleotideverandering het aminozuur dat wordt vertaald, niet verandert. Hoewel wordt aangenomen dat stille mutaties geen effect hebben op het fenotypische resultaat, bewijzen sommige mutaties het tegendeel, zoals het Multi-Drug Resistance Gene 1. MDR1 codeert voor de P-glycoproteïne die helpt geneesmiddelen in het lichaam kwijt te raken. Het bevindt zich in de darmen, lever, pancreas en hersenen. MDR 1 bevindt zich op dezelfde plaatsen als CYP3A4, een enzym dat giftige stoffen of geneesmiddelen uit de lever en de darmen helpt verwijderen. Stille mutaties zoals MDR 1 geven wel een verandering in de fenotypische reactie te zien. Een studie bij muizen toonde aan dat wanneer zij niet genoeg van het MDR 1-gen hadden, hun lichaam het geneesmiddel ivermectine of cyclosporine niet herkende, wat leidde tot de aanmaak van toxinen in hun lichaam.

MRD1 heeft meer dan vijftig enkel-nucleotide polymorfismen (SNP’s), dat zijn veranderingen in de nucleotide basenvolgorde. Bij MDR1 kan het gen exon 26, dat 3535C vertegenwoordigt, muteren in 3535T, waardoor het transfer-RNA verandert in een gen dat niet vaak wordt gezien, wat leidt tot veranderingen in het resultaat tijdens de translatie. Dit is een voorbeeld van hoe sommige stille mutaties niet altijd stil zijn. De multi-drug resistentie genen bij Exon 26 C3435T, exon 21 G2677T/A, en exon 12 C1236T zijn bestudeerd om SNP’s te hebben die op hetzelfde moment voorkomen, waardoor de fenotypische “functie” verandert. Dit suggereert een haplotype-afhankelijkheid tussen exon 26 en andere exon die polymorfismen hebben. Bijvoorbeeld, efavirenz en nelfinavir zijn twee soorten geneesmiddelen die helpen de HIV-infectie in het lichaam van een persoon te verminderen. Wanneer de SNP van exon 26 wordt gekoppeld aan andere SNP exonen, hebben de geneesmiddelen een lagere kans om de HIV-infectie in stand te houden. Wanneer de TT-nucleotiden in exon 26 tot expressie komen, heeft de patiënt weliswaar een lagere concentratie van het virus, maar wanneer het genotype verandert in CC of CT kan de infectie zich als normaal verspreiden, waardoor het MDR 1-gen bijna weerloos wordt. Deze veranderingen in de basen van exon 26 voor MDR 1 tonen een correlatie aan tussen de MDR 1-genmutaties en het vermogen van de antiretrovirale geneesmiddelen om de HIV-infectie te onderdrukken.

Exon 26 is ook bestudeerd op de vraag of het haplotype-afhankelijk is of niet. De aanwezigheid van de SNP van exon 26 verandert de fenotypische functies wanneer deze gepaard gaat met de aanwezigheid van mutaties van exonen 12 en 21. Maar wanneer het alleen optreedt, beïnvloedt het de fenotypische uitkomst niet zo sterk. Een voorbeeld van de haplotype afhankelijkheid van exon 26 is te zien wanneer we kijken naar chemotherapie. Aangezien MDR 1 geneesmiddelen uit onze cellen verwijdert, zijn remmers gebruikt om het vermogen van MDR 1 om geneesmiddelen te verwijderen te blokkeren, zodat heilzame geneesmiddelen zoals chemotherapie en immunosuppressiva het lichaam efficiënter kunnen helpen bij het herstel. MDR1 heeft verschillende eiwitten die helpen deze specifieke geneesmiddelen uit kankercellen te verbannen. Verapamil en cyclosporine A zijn veel voorkomende remmers voor MDR 1. Helaas, wanneer C3435T gemuteerd is met een mutatie van ofwel exon 12 of exon 21 (of wanneer alle drie de mutaties tegelijkertijd voorkomen waardoor een haplotype ontstaat), is het minder waarschijnlijk dat de remmers de functie van MDR1 verzwakken. Meervoudig geruisloos gemuteerde genen zijn over het algemeen beter bestand tegen deze remmers.

Op moleculair niveau is de reden waarom C3435T in exon 26 van het MDR 1-gen niet geruisloos is, gelegen in het tempo waarin de aminozuren worden vertaald in eiwitten. De secundaire structuren van mRNA kunnen zich vouwen, wat betekent dat verschillende codons overeenkomen met verschillende vouwen van het mRNA. Bijvoorbeeld, wanneer exon 26 ATC verandert in ATT produceren beide codons hetzelfde aminozuur, maar ATC wordt vaker gezien dan het mutatiecodon. Dit heeft tot gevolg dat de tijd die het ribosoom nodig heeft om zijn eiwitbevestiging te produceren, wordt gewijzigd. Dit leidt tot een eiwitstructuur die afwijkt van de gebruikelijke vorm van het eiwit, wat weer leidt tot andere functies van het eiwit.

Een andere reden achter de “stille mutatie” van MDR1 doet zich voor in het boodschapper-RNA. In mRNA werken codons ook als exon splicing enhancers. Codons beslissen wanneer ze introns wegsnijden, gebaseerd op het codon dat ze in het mRNA lezen. De gemuteerde codons hebben een hoger risico om een fout te maken bij het splitsen van introns uit de mRNA-sequentie, waardoor de verkeerde exonen worden geproduceerd. Daardoor ontstaat een verandering in het rijpe boodschapper-RNA. Mutaties in het Multi-Drug Resistance Gene 1 laten zien hoe stille mutaties een effect kunnen hebben op de uitkomst van het fenotype.