Ciche mutacje

Ciche mutacje zostały zastosowane jako strategia eksperymentalna i mogą mieć implikacje kliniczne.

Steffen Mueller na Uniwersytecie Stony Brook zaprojektował żywą szczepionkę na polio, w której wirus został zmodyfikowany tak, aby synonimiczne kodony zastąpiły naturalnie występujące w genomie. W rezultacie wirus nadal był w stanie zarażać i rozmnażać się, aczkolwiek wolniej. Myszy, które zostały zaszczepione tą szczepionką, wykazywały odporność na naturalny szczep polio.

W eksperymentach klonowania molekularnego może być użyteczne wprowadzenie cichych mutacji do interesującego nas genu w celu stworzenia lub usunięcia miejsc rozpoznawania dla enzymów restrykcyjnych.

Zaburzenia psychiczne mogą być spowodowane przez ciche mutacje. Jedna z cichych mutacji powoduje, że gen receptora dopaminowego D2 jest mniej stabilny i szybciej ulega degradacji, co prowadzi do niedostatecznej ekspresji genu.

Cicha mutacja w genie oporności wielolekowej 1 (MDR1), który koduje błonową pompę komórkową wydalającą leki z komórki, może spowolnić translację w określonym miejscu, aby umożliwić łańcuchowi peptydowemu wygięcie się w nietypową konformację. W ten sposób zmutowana pompa jest mniej funkcjonalna.

Odchylenia od średniej wrażliwości na ból są spowodowane zarówno mutacją ATG do GTG (nonsynonimiczną), jak i mutacją CAT do CAC (synonimiczną). Te dwie mutacje są wspólne dla genu niskiej wrażliwości na ból i wysokiej wrażliwości na ból. Niska wrażliwość na ból ma dodatkową cichą mutację CTC do CTG, podczas gdy wysoka wrażliwość na ból nie ma tej mutacji i dzieli sekwencję CTC w tym miejscu ze średnią wrażliwością na ból.

Multi-Drug Resistance Gene 1Edit

Około 99,8% genów, które ulegają mutacjom, uznaje się za ciche, ponieważ zmiana nukleotydu nie zmienia tłumaczonego aminokwasu. Chociaż mutacje nieme nie powinny mieć wpływu na wynik fenotypowy, niektóre mutacje dowodzą, że jest inaczej, np. gen oporności wielolekowej 1. MDR1 koduje glikoproteinę P, która pomaga w pozbywaniu się leków z organizmu. Jest ona zlokalizowana w jelitach, wątrobie, trzustce i mózgu. MDR 1 znajduje się w tych samych miejscach, w których znajduje się CYP3A4, który jest enzymem pomagającym pozbyć się toksyn lub leków z wątroby i jelit. Ciche mutacje, takie jak MDR 1, powodują zmiany w odpowiedzi fenotypowej. Badanie przeprowadzone na myszach wykazało, że gdy nie mają one wystarczającej ilości genu MDR 1, ich organizm nie rozpoznaje iwermektyny lub cyklosporyny, co prowadzi do powstawania toksyn w ich organizmach.

MRD1 ma ponad pięćdziesiąt polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNP’s), które są zmianami w sekwencji bazy nukleotydów. W MDR1 ekson 26 genu, który reprezentuje 3535C może ulec mutacji do 3535T, która następnie zmienia transferowe RNA w takie, które nie jest często tak widoczne, co prowadzi do zmian w wyniku podczas tłumaczenia. Jest to przykład na to, że niektóre ciche mutacje nie zawsze są ciche. Geny oporności wielolekowej w eksonie 26 C3435T, eksonie 21 G2677T/A i eksonie 12 C1236T zostały przebadane pod kątem posiadania SNP, które występują w tym samym czasie, przez co fenotypowa „funkcja” ulega zmianie. To sugeruje zależność haplotypową między eksonem 26 a innymi eksonami, które mają polimorfizmy. Na przykład, efavirenz i nelfinavir to dwa rodzaje leków, które pomagają zmniejszyć infekcję HIV w organizmie człowieka. Kiedy SNP z eksonu 26 jest sprzężony z innymi SNP eksonów, leki mają mniejszą szansę na utrzymanie infekcji HIV. Chociaż, kiedy nukleotydy TT w eksonie 26 są wyrażone, pacjent ma niższe stężenie wirusa, ale kiedy genotyp zmienia się w CC lub CT, infekcja jest w stanie rozprzestrzeniać się jak zwykle, pozostawiając gen MDR 1 prawie bezbronnym. Te zmiany w podstawach eksonu 26 dla MDR 1 wykazują korelację pomiędzy mutacjami genu MDR 1 a zdolnością leków antyretrowirusowych do tłumienia infekcji HIV.

Ekson 26 był również badany pod kątem tego, czy jest on zależny od haplotypu, czy nie. Obecność SNP eksonu 26 zmienia funkcje fenotypowe, gdy jest sparowana z obecnością mutacji z eksonów 12 i 21. Natomiast działając samodzielnie, nie wpływa tak silnie na wynik fenotypowy. Przykład zależności egzonu 26 od haplotypu można zaobserwować, przyglądając się chemioterapii. Ponieważ MDR 1 usuwa leki z naszych komórek, inhibitory zostały użyte do zablokowania zdolności MRD 1 do usuwania leków, pozwalając w ten sposób korzystnym lekom, takim jak chemioterapia i leki immunosupresyjne, na bardziej efektywne wspomaganie organizmu w powrocie do zdrowia. MDR1 posiada różne białka, które pomagają wygnać te specyficzne leki z komórek nowotworowych. Werapamil i cyklosporyna A są powszechnymi inhibitorami MDR 1. Niestety, gdy C3435T jest zmutowany z mutacją z eksonu 12 lub eksonu 21 (lub gdy wszystkie trzy mutacje występują w tym samym czasie tworząc haplotyp), inhibitory są mniej prawdopodobne, aby osłabić funkcję MDR1. Wiele cichych zmutowanych genów jest bardziej odpornych na te inhibitory.

Patrząc na poziom molekularny, powodem, dla którego C3435T w eksonie 26 genu MDR 1 nie jest cichy, jest tempo, w jakim aminokwasy są tłumaczone na białka. Struktury drugorzędowe mRNA mogą być składane, co oznacza, że różne kodony odpowiadają różnym składaniom mRNA. Na przykład, gdy ekson 26 zmienia ATC na ATT, oba kodony produkują ten sam aminokwas, ale ATC jest widziany częściej niż kodon mutacji. W konsekwencji zmienia się ilość czasu potrzebnego rybosomowi do wyprodukowania potwierdzenia białka. Prowadzi to do powstania struktury białka różniącej się od zwykłego kształtu białka, co prowadzi do różnych funkcji białka.

Inne przyczyny „cichej mutacji” MDR1 występują w mesenger RNA. W mRNA, kodony działają również jako wzmacniacze splicingu eksonów. Kodony decydują, kiedy wyciąć introny w oparciu o kodon, który odczytują w mRNA. Zmutowane kodony mają większe ryzyko popełnienia błędu podczas splicingu intronów z sekwencji mRNA, co prowadzi do wytworzenia niewłaściwych eksonów. W ten sposób dochodzi do zmiany w dojrzałym mesenger RNA. Mutacje w genie 1 oporności wielolekowej pokazują, jak ciche mutacje mogą mieć wpływ na wynik fenotypu.