DNA mutaties optreden wanneer er veranderingen zijn in de nucleotide reeks die een streng van vormt DNA. Deze veranderingen kunnen worden veroorzaakt door willekeurige fouten in DNA-replicatie of door omgevingsinvloeden zoals UV-stralen en chemicaliën. Veranderingen op nucleotideniveau beïnvloeden de transcriptie en vertaling van gen- naar eiwitexpressie.
Zelfs het veranderen van slechts één stikstofbase in een sequentie kan het aminozuur veranderen dat door dat DNA-codon tot expressie wordt gebracht, wat kan leiden tot een heel ander eiwit dat tot expressie wordt gebracht. Deze mutaties kunnen volledig onschadelijk, mogelijk dodelijk of ergens daartussenin zijn.
Puntmutaties
Een puntmutatie - de verandering van een enkele stikstofbase in een DNA-sequentie—Is meestal het minst schadelijke type DNA-mutatie. Codons zijn een opeenvolging van drie stikstofbasen op een rij die worden "gelezen" door messenger RNA tijdens transcriptie. Die boodschapper
RNA codon wordt vervolgens vertaald in een aminozuur dat vervolgens een eiwit maakt dat door het organisme tot expressie zal worden gebracht. Afhankelijk van de plaatsing van een stikstofbase in het codon, heeft een puntmutatie mogelijk geen effect op het eiwit.Aangezien er slechts 20 aminozuren en in totaal 64 mogelijke combinaties van codons zijn, wordt voor sommige aminozuren door meer dan één codon gecodeerd. Als de derde stikstofbase in het codon wordt gewijzigd, wordt het aminozuur vaak niet beïnvloed. Dit wordt het wiebeleffect genoemd. Als de puntmutatie optreedt in de derde stikstofbase in een codon, heeft dit geen effect op het aminozuur of het daaropvolgende eiwit en verandert de mutatie het organisme niet.
Hoogstens zal een puntmutatie ervoor zorgen dat een enkel aminozuur in een eiwit verandert. Hoewel dit meestal geen dodelijke mutatie is, kan het problemen veroorzaken met het vouwpatroon van dat eiwit en de tertiaire en quartaire structuren van het eiwit.
Een voorbeeld van een puntmutatie die niet ongevaarlijk is, is de ongeneeslijke bloedziekte sikkelcelanemie. Dit gebeurt wanneer een puntmutatie ervoor zorgt dat een enkele stikstofbase in een codon voor één aminozuur in het eiwit glutaminezuur in plaats daarvan codeert voor het aminozuur valine. Deze enkele kleine verandering veroorzaakt een normaal ronde rode bloedcel om in plaats daarvan sikkelvormig te zijn.
Frameshift-mutaties
Frameshift-mutaties zijn over het algemeen veel ernstiger en vaak dodelijker dan puntmutaties. Ook al wordt slechts een enkele stikstofbasis aangetast, zoals bij puntmutaties, in dit geval de één basis is ofwel volledig verwijderd of een extra wordt in het midden van het DNA ingebracht volgorde. Deze verandering in volgorde zorgt ervoor dat het leeskader verschuift - vandaar de naam "frameshift" -mutatie.
Een leesraamverschuiving verandert de drieletterige codonsequentie voor messenger-RNA om te transcriberen en te vertalen. Dat verandert niet alleen het oorspronkelijke aminozuur, maar ook alle volgende aminozuren. Dit verandert het eiwit aanzienlijk en kan ernstige problemen veroorzaken, die zelfs tot de dood kunnen leiden.
Invoegingen
Een type frameshift-mutatie wordt insertie genoemd. Zoals de naam al aangeeft, vindt een invoeging plaats wanneer per ongeluk een enkele stikstofbasis wordt toegevoegd in het midden van een reeks. Dit werpt het leeskader van het DNA af en het verkeerde aminozuur wordt vertaald. Het duwt ook de hele reeks met één letter naar beneden, waardoor alle codons die na het inbrengen komen, worden gewijzigd, waardoor het eiwit volledig verandert.
Hoewel het inbrengen van een stikstofbase de totale sequentie langer maakt, betekent dat niet noodzakelijkerwijs dat de lengte van de aminozuurketen zal toenemen. In feite kan het tegendeel waar zijn. Als de insertie een verschuiving in de codons veroorzaakt om een stopsignaal te creëren, wordt er mogelijk nooit een eiwit geproduceerd. Zo niet, dan wordt er een verkeerd eiwit gemaakt. Als het gewijzigde eiwit essentieel is om het leven in stand te houden, zal het organisme hoogstwaarschijnlijk sterven.
Verwijderingen
Verwijdering is een laatste type frameshift-mutatie en vindt plaats wanneer een stikstofbase uit de sequentie wordt gehaald. Nogmaals, dit zorgt ervoor dat het hele leeskader verandert. Het verandert het codon en zal ook alle aminozuren aantasten waarvoor gecodeerd is na de verwijdering. Net als bij een invoeging, kunnen onzin en stopcodons ook op de verkeerde plaatsen verschijnen,
Analogie van DNA-mutatie
Net zoals bij het lezen van tekst, wordt de DNA-sequentie door messenger-RNA "gelezen" om een "verhaal" of een aminozuurketen te produceren die zal worden gebruikt om een eiwit te maken. Aangezien elk codon drie letters lang is, laten we eens kijken wat er gebeurt als er een "mutatie" plaatsvindt in een zin die alleen uit drie letters bestaat.
DE RODE KAT BIJ DE RAT.
Als er een puntmutatie was, zou de zin veranderen in:
THC RODE KAT BIJ DE RAT.
De "e" in het woord "de" muteerde in de letter "c". Hoewel het eerste woord in de zin niet meer hetzelfde is, is de rest van de woorden nog steeds logisch en blijven ze wat ze zouden moeten zijn.
Als een invoeging de bovenstaande zin zou muteren, zou het kunnen luiden:
DE CRE DCA TAT ETH ERA T.
Het invoegen van de letter "c" na het woord "de" verandert de rest van de zin volledig. Het tweede woord slaat nergens meer op en ook geen woorden die erop volgen. De hele zin is veranderd in onzin.
Een verwijdering zou iets doen dat lijkt op de zin:
DE EDC ATA TET HAAR OP.
In het bovenstaande voorbeeld is de "r" die na het woord "de" had moeten komen, verwijderd. Nogmaals, het verandert de hele zin. Hoewel sommige van de volgende woorden begrijpelijk blijven, is de betekenis van de zin volledig veranderd. Dit toont aan dat zelfs wanneer codons worden veranderd in iets dat geen totale onzin is, het verandert het eiwit nog steeds volledig in iets dat niet langer functioneel functioneert.