mutacije

BIOLOŠKA PROMENLJIVOST

FENOTIPSKA GENOTIPSKA

=99.9%

MUTACIJE REKOMBINACIJE

GENSKE BOLESTI

EVOLUCIJA

GENSKE MUTACIJE

TRAJNE, NASLEDNE PROMENE U SEKVENCI DNK

Citogenetski se vidi višak ili manjak 4

Mb

260Mb50

Mb

Genske mutacije se ne vide analizom

kariotipa

mogu da se dese u bilo kom genu genoma, u bilo koje vreme od embrionalnog razvića do poznih godina života

imaju specifičan efekat

su većinom negativne

su u malom broju pozitivne (faktor evolucije)

mutacije

PREDSTAVLJAJU IZVOR NOVIH OBLIKA GENA - ALELA

su slučajne, nezavisne od efekta koje imaju na nosioca

su važne za preživljavanje vrste

a a+

OBLIK GENA KOJI JE ŠIROKO RASPROSTRANJEN U PRIRODI PREDSTAVLJA DIVLJI OBLIK GENA

a+

Direktna mutacija

a+ a

D+ D

Povratna (reverzna) mutacija

D D+

Učestalost povratnih manja od direktnih

rekurentne mutacije – promene u isti alelni oblik

SOMATSKE MUTACIJE

GERMINATIVNE MUTACIJE

- MUTACIJE NASTAJU U GERMINATIVNIM ĆELIJAMA, SPERMATOZOIDIMA I JAJNIM ĆELIJAMA

- PRENOSE SE NA POTOMSTVO

- MUTACIJE NASTAJU U TELESNIM (SOMATSKIM) ĆELIJAMA

- NE PRENOSE SE NA POTOMSTVO

- ORGANIZAM MOZAIK

retinoblastom

EFEKAT MUTACIJA NA FENOTIP

IZRAŽAVA SE U RAZLIČITIM PERIODIMA ŽIVOTA

na rodjenju (Tay-Sachs; cistična fibroza)

tokom života (ćelavost, Huntington horea)

SE RAZLIKUJE PO JAČINI

letalan ; dovodi do steriliteta; nema efekta na preživljavanje

SE ISPOLJAVA SAMO POD ODREDJENIM USLOVIMA

temperatura (propustljiva ili ograničavajuća)

pojačivači i supresori

SE ISPOLJAVA POSREDNO - MODIFIKATORI

DOMINANTAN ILI RECESIVAN

G6PD deficijencija

GENOTIP

GENSKA (ALELSKA) KOMBINACIJA KOJA PREDSTAVLJA GENETSKU KONSTITUCIJU JEDINKE

- U SVIM GENSKIM LOKUSIMA

- SAMO U POJEDINAČNIM LOKUSIMA

A1A1

HOMOZIGOT

A1 A2

HETEROZIGOT

A2 A3

SLOŽENI HETEROZIGOT

A1 DIVLJI (NORMALNI ALEL)

A2 A3 MUTIRANI ALELI

ALEL

Jedan, dva ili više različitih oblika istog gena koji zauzimaju jedan genski lokus, medjusobno mogu da se razlikuju i po različitom uticaju na fenotip

2 ALELNA OBLIKA GENA A A1 I A2

MOGUĆI GENOTIPOVI

A1 A1

A2 A2

A1 A2

HOMOZIGOT A1

HOMOZIGOT A2

HETEROZIGOT

FENOTIPSKA SKALA

A1 A1 A2 A2

A1 A2 A1 A2A1 A2

A1 dominantan A2 dominantanNema dominacije

A DOMINANTAN ALEL

a RECESIVAN ALEL

DOMINANTNI HOMOZIGOT HETEROZIGOT

RECESIVNI HOMOZIGOT

FENOTIP

DOMINANTAN

RECESIVAN

hromozom

hromozom

A A

Aa

a

a

Mutacija dominantna

Vunasta kosa

polidaktilijabrahidaktilija

ahondroplazija

ahondroplazija

Familijarna hiperholesterolemija

holoprozencefalija

hromozom

hromozom

A

A

A a

aa

Mutacija recesivna

albinizam

albinizam

Duchenne-ova mišićna distrofija

autozomno dominantno

autozomno recesivno

X vezano recesivno

1966 1975 1986 1992

269 (+568)

237 (+294)

68 (+51)

574 (+913)

1487

583 (+635)

466 (+481)

93 (+78)

1172 (+1029)

2470 (+1241)

647 (+984)

190 (+178)

610 (+810)

124 (+162)

1142 (+1194)

1906 (+2001)

3307 (+2403)

2336 3907 5710ukupno

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/.

http://www.genetests.org

~ 6000

~ 200 bolesti

TIPOVI MUTACIJA

SUPSTITUCIJE – zamena jedne baze drugom

tranzicijeA G

T C

transverzije A T A C G T G C

INSERCIJE - umetanje baza

DELECIJE - gubitak baza

A

C A T C A T C A T C A T C A T

G AT G AT G AT G AT G T

A

C A T C A T A T C A T C A T

G AT G AT AT G AT G T

T

A

SUPSTITUCIJA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

T C T C A A A A A A GCTTT

A G A G T T T T T T CGAAA

5’...3’... …5’

…3’

T C T C A A G A A A GCTTT

A G A G T T C T T T CGAAA

5’...3’... …5’

…3’

TRANZICIJA (AT GC)

5’...3’... …5’

…3’

5’...3’... …5’

…3’

TRANSVERZIJA (CG GC)

T C T C A A A A A A GCTTT

A G A G T T T T T T CGAAA

T C T G A A A A A A GCTTT

A G A C T T T T T T CGAAA

…5’3’...

MISSENSE MUTACIJA

T C T C A A A A A T T T A C G

T C T C A A G A A T T T A C G

A G A G T T T T T A A A T G C

A G A G T T C T T A A A T G C

…3’

…3’

…5’

5’...

5’...

3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……

…… Ser Gln Glu Phe Thr

…5’3’...

NONSENSE MUTACIJA

T C T C A A A A A T T T A C G

T C T C A A T A A T T T A C G

A G A G T T T T T A A A T G C

A G A G T T A T T A A A T G C

…3’

…3’

…5’

5’...

5’...

3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……

… Ser Gln STOP

…5’3’...

NEUTRALNA MUTACIJA

T C T C A A A A A T T T A C G

T C T C A A A G A T T T A C G

A G A G T T T T T A A A T G C

A G A G T T T C T A A A T G C

…3’

…3’

…5’

5’...

5’...

3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……

…… Ser Gln Arg Phe Thr

…5’3’...

TIHA MUTACIJA

T C T C A A A A A T T T A C G

T C T C A A A A G T T T A C G

A G A G T T T T T A A A T G C

A G A G T T T T C A A A T G C

…3’

…3’

…5’

5’...

5’...

3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……

…… Ser Gln Lys Phe Thr

A

C A T C A T C A T C A T C A T

G AT G AT G AT G AT G T

A

C A T C A T C A T C A T C A T

G AT G AT G AT G AT G T

G

C

INSERCIJA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

A

C A T C A T C A T C A T C A T

G AT G AT G AT G AT G T

DELECIJA

C A T C A

T

G AT G

A

T A

C A T C A T C A T

G AT G AT G T1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

…5’3’...

FRAMESHIFT MUTACIJA (insercija)

T C T C A A A A A T T T A C G

T C T C A A G A A A T T T A C G

A G A G T T T T T A A A T G C

A G A G T T C T T T A A A T G C

…3’

…3’

…5’

5’...

5’...

3’... Ser Gln Lys Phe Thr ……

…… Ser Gln Glu Ile Tyr

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A T C T A T G G T A T

C AT G TA A CC A AT

NORMALNO

G A U C U A U G G U A U

DNK

iRNK

Asp Leu Trp Tyr protein

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A C C T A G G G T A T

C GT G TA C CC A AT

missense

G A U C U A G G G U A U

DNK

iRNK

Asp Leu Glu Tyr protein

TIHA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A T C T A T A G T A T

C AT G TA A CT A AT

NONSENSE

G A U C U A U A G U A U

DNK

iRNK

Asp Leu protein

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A C T A T G G T A T

C T G TA A CC A AT

FRAMESHIFT – mutacije pomaka

G A C U A U G G U A U

DNK

iRNK

Asp Tyr Gly Met protein

delecija

A

Tyr

Tyr

UU

His

Cys

Stop

Phe

U A

Ser

Asp

G A U

Asn

AA U

C A U

UU U

UU G U C U

Stop

C

U A G

U A

A

Misens - izmenjeni kodon dovodi i do promene aminokiseline

Nonsens – menja kodon za aminokiselinu u stop kodon

Tihe – izmenjeni kodon ne menja aminokiselinu

Neutralne – izmenjeni kodon odredjuje aminokiselinu sličnih osobina

SUPSTITUCIJE – point (tačkaste) mutacije

POSLEDICE MUTACIJA

(Zavise od mesta gde se desila)

1. Izmenjeni protein

2. Neaktivni protein

3. Prekid sinteze proteina

4. Bez efekta

HEMOGLOBIN

G

Primeri grupisanih familija gena

grupa gena za globine na hromozomu 16p

A

grupa gena za globine na hromozomu 11p

rodjenje

jetraslezina Koštana sržŽumancetna kesa

adultembrion

GEN ZA GLOBIN – deo prvog egzona

3’ – CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC – 5’

5’ – GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG – 3’

5’ – GUG CAC CUG ACU CCU GAG GAG AAG – 3’

val - his - leu - thr - pro - glu - glu - lys

1 2 3 4 5 6 7 8

translacija

transkripcija

3’ – CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC – 5’

5’ – GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG – 3’

5’ – GUG CAC CUG ACU CCU GUG GAG AAG – 3’

val - his - leu - thr - pro - val - glu - lys

translacija

1 2 3 4 5 6 7 8

transkripcija

5’ – GTG CAC CTG ACT CCT GTG GTG AAG – 3’

3’ – CAC GTG GAC TGA GGA CAC CAC TTC – 5’

TRANSVERZIJA

S

SRPASTA ANEMIJA

S HEMOGLOBIN

Brzo propadanje srpastih ćelija

Taloženje srpastih ćelija ometa cirkulaciju

Nakupljanje srpastih ćelija u slezini

ANEMIJA NEDOVOLJAN DOTOK KRVI

POJAČANA AKTIVNOST KOŠTANE

SRŽI

SLABOST, ZAMOR

SLAB FIZIČKI RAZVOJ

SRČANE SMETNJE UVEĆANJE I

FIBROZA SLEZINE

OŠTEĆENJA

SRCA

PLUĆA zapaljenje

MIŠIĆA reumatizam

MOZGA paraliza

transkripciju

obradu RNK

nestabilni globin

startni kodon

frameshift

cap mesto

male delecije

CISTIČNA FIBROZA

NORMALNO

D E L E C I J A

Ile – Ile – Phe – Gly - Val

T ATC ATC TTT GGT GTT

Ile – Ile – - - - – Gly - Val

T ATC AT- - - T GGT GTT

F508izgubljena amino kiselina fenilalanin na položaju 508

ABO

D E L E C I J A

Leu – Val – Val – Thr - Pro

CTC GTG GTG ACC CCT T

Leu - Val – Val – Pro - Leu

CTC GTG GT- ACC CCT T

IZMENJENI OKVIR ČITANJA OD MESTA DELECIJE

“A” alel

ABO “0” alel

TAY SACHS ALEL

NORMALNO

I N S E R C I J A

Arg - Ile – Ser – Tyr – Gly – Pro - Asp

CGT ATA TCC TAT GCC CCT GAC

Arg - Ile – Ser - Ile – Leu – Cys – Pro-Stop

CGT ATA TCT ATC CTA TGC CCC TGA

Insercija 4 nukleotida dovodi do pomeranja okvira čitanja – FRAMESHIFT MUTACIJA

DINAMIČKE MUTACIJE

MIKROSATELITINizovi - ponovci od 2- 4

nukleotida rasuti u genomu (na različitim hromozomima)

čoveka. Broj im je promenljiv, vrlo su polimorfni.

TRINUKLEOTIDNI PONOVCI

CGG

GAA

CAG

CTG

•Oboljenja nastaju umnožavanjem – ekspanzijom broja ponovaka

•Broj ponovaka može da se menja kroz generacije

Pojava anticipacije

Normalna replikacija

GTC GTC GTC GTC GTC5’3’

CAGCAG CAG

3’5’

1 2 3 4 5

1 2 3

GTC GTC GTC GTC GTC

CAG

CAG

CAG CAG

INSERCIJA

CAG CAGCAGCAGCAG CAG

1 2 3 4 5

1 23

2

1 2 23 4 5

3’5’

5’3’

5’ 3’

DELECIJA

GTC GTC GTC GTC GTC

GTC

CAG CAGCAGCAG CAG

CAG CAGCAG CAG

5’3’1 2 3 5 6

4

3’5’

1 2 3 65

- 4

5’ 3’

1 2 3 4

5’ 3’

FRAGILNI X SINDROM

X

FRIEDREICH ATAXIA

5

HUNTINGTON HOREA

4

MIOTONIČNA DISTROFIJA

19

CGG GAA CAG CTG

egzon intronAUG UAA

gln

CGG METILACIJA

AG AKCEPTOR INTRONA

NEFUNKCIONALNI PROTEIN

IZMENJENA STABILNOST

iRNK ?

Hipotetični gen

FRAGILNI X SINDROM

NORMALNE OSOBE 6-52 ponovka (mod 30)

NORMALNE OSOBE - premutacija

50 – 230 ponovaka

OBOLELE OSOBE – puna mutacija

Stotine pa i hiljade ponovaka

- nema direktnog prelaza od normalnog broja ponovaka u punu mutaciju

- premutacija mora da prodje majčinu mejozu

FRAGILNI X SINDROM

FRAGILNI X SINDROM

MIOTONIČNA DISTROFIJA

MUTACIJE KOJE POGADJAJU POSEBNE CILJEVE

SPOJEVI EGZONA I INTRONA

GT............................AG Menjaju ili sprečavaju ispravnu obradu

PROMOTOR/ POLIADENILATNI SIGNALI

Menjaju transkripciju, sprečavaju dodavanje poliadenilatnog repa

Verovatnoća da DNK polimeraza u toku replikacije ugradi pogrešan

nukleotid (1/10000)

10-5

Svaki stoti pogrešni par promakne DNK polimerazi i u toku provere

10-2

Svaki hiljaditi pogrešni par promakne sistemima popravke i nakon

replikacije

10-3

Pogrešan par - mismach

Verovatnoća zamene jednog baznog para drugim po

replikaciji = 10-5 x 10-2x10-3 = 10-10

AC

CC-NH2

CH

N

N

N

HC

NH

AC

CC-NH

CH

NH

N

N

HC

NH

AMINO oblik IMINO oblik

KETO oblik ENOLNI oblik

GC

CC=OH

C-NH2

N

N

N

HC

NH

GC

CC=O

C-NH2

NH

N

N

HC

NH

NH

N

C=O

C

C-NH2

HC

HC

NH

NH

C=O

C

C-NH

HC

HC

AMINO oblik IMINO oblik

KETO oblik ENOLNI oblik

NH

NH

C=O

T

C=O

H3C-C

HC

NH

N

C=O

T

C=OH

H3C-C

HC

AC

CC-NH

CH

NH

N

NHC

NH

NH

N

O=CC

H2N C

CH

CH

IMINO oblik

GC

CC-OH

NH2

NH

N

NHC

NH

NH

HN

O=C

T

O=C

H3C-C

HC

ENOLNI oblik

NH

N

C=O

T

C=OH

H3C-C

HC

ENOLNI oblik

NC

C

G

C=0

C-NH2

NH

N

HC

NH

NH

NH

C=O

C

C-NH

HC

HC

IMINO oblik

AC

CC-NH2

CH

N

N

N

HC

NH

Izračunavanje stope mutiranja

- Utvrdjivanje učestalosti novih sporadičnih slučajeva

Autozomno dominantnih

X vezanih

BOLESTI

- koje imaju jasno prepoznatljiv fenotip na rodjenju ili ubrzo nakon

- potpuna penetrabilnost

primer ahondroplazija

- 10 dece sa ahondroplazijom

- 94075 porodjaja

- 8 od 10 dece sa ahondroplazijom rodjena od zdravih roditelja

dakle 8 mutacija na 2 x 94075 (188 150)

4 X 10-5 mutacija po lokusu/generaciji

ahondroplazija

spontana stopa mutiranja

Prosek za pojedinačne gene čoveka

10-4-10-6 lokus/generaciji

1 mutacija na 100 000 – 1 000 000 gameta po lokusu po generaciji

n

2N

n broj aficiranih sa neaficiranim roditeljima

N ukupan broj rodjenih beba x2 (po 2 alela)

PRIMERI STOPE MUTIRANJA ZA ODREDJENE GENE ČOVEKA

AHONDROPLAZIJA

DMD

HEMOFILIJA A

NEUROFIBROMATOZIS – NF1

PKD

RETINOBLASTOM

0.6 – 1.4 X 10 -5

3.5 – 10.5 X 10 -5

3.2 – 5.7 X 10 -5

4 – 10 X 10 -5

6.5 – 12 X 10 -5

5 – 12 X 10 -6

MUTAGENI

HEMIJSKI

Alkilirajući agensi, analozi nukleinskih kiselina, azotna jedinjenja

FIZIČKI

UV i jonizujuće zračenje

virusi

GENETSKI ČINIOCI

Sindromi sa naslednom nestabilnošću hromozoma : Fankonijeva anemija, Bloom-ov sindrom, Xeroderma pigmentosum

HEMIJSKI MUTAGENI

Reaguju sa DNK i transformišu baze

Mogu da budu analozi baza – pa se tokom replikacije uključuju umesto uobičajenih baza

Ugradjuju se u molekul DNK izmedju baza (interkaliraju)

1.

2.

3.

1. AZOTASTA KISELINA (HNO2)

HIDROKSILAMIN (NH2OH)

ALKILIRAJUĆA SREDSTVA (iperit, etilen oksid, etiletan sulfonat – EES,

etilmetan sulfonat – EMS)

2. 5 – BROMOURACIL (analog timina)

2 – AMINO PURIN (analog adenina)

3. PROFLAVIN

AKRIDIN ORANŽ

N NH

CHNO2

O

A

N H

H

A

ADENIN HIPOKSANTIN CITOZIN

A-T G-C

C=O

NH

GEMS

G

C-O-CH2-CH3

NH

GUANIN ETILGUANINNH

NH

C=O

T

C=O

H3C-C

HC

TIMIN

G-C A-T

NH

N

C=O

C

C-NH2

HC

HC

G-C A-T

CITOZIN

HIDROKSILAMIN

NH2OH

NH

N

C=O

C

C-N-OH

HC

HC

N H

H

A

ADENINIzmenjeni

CITOZIN

NH

N

C=O

C-NH2

HC

HCC

NH

N

C=O

C-NH2

H3C

HCC

NH

NH

C=O

C=O

HC

HCU

deaminacija

deaminacija

citozin

5 - metil citozin

NH

C=OHCT

H3C

C=O

NH

HOT SPOT

AGCT

TCGA

AGCT

TUGA

AGCT

T GA

AGCT

TCGA

*

deaminacija

U DNK – URACIL GLIKOZIDAZA

REPLIKACIJA

AGCT

TCGA

AACT

TUGA

AACT

TTGATRANZICIJA

AGCT

TCGA

AGCT

TTGA

AGCT

TCGA

AACT

TTGA

deaminacijaREPLIKACIJA

Metilisani citozin

*

TRANZICIJA

NH

NH

C=O

C=O

BrC

HCU

NH

N

C=O

C-OH

BrC

HCU

C

CC-NH2

CH

N

N

N

HC

NH

A

5-BROMOURACIL (keto)

5-BROMOURACIL (enol)

GC

CC=O

C-NH2

NH

N

N

HC

NH

A - T

G - C

C - G

A - T

A - T

G - C

C - G

A - T

A - T

G - C

C - G

A-Bu

A - T

G - C

C - G

A - T

A - T

G - C

C - G

G-Bu

A - T

G - C

C - G

G - C

A - T

G - C

C - G

A-Bu

Replikacija I

Replikacija II

Replikacija III

A-T G-C

UGRADJIVANJE AKRIDINA U DNK

A ---- T

G ---- C

T ---- A

C ---- G

A ---- T

G ---- C

T ---- A

C ---- G

AKRIDIN

- greške tokom replikacije

- mogu da dovedu do nepravilnog crossing- overa

BLOOM SINDROM

Fizički mutageni 1. JONIZUJUĆE ZRAČENJE

-ELEKTROMAGNETNI TALASI

X – i - zraci

-KORPUSKULARNO ZRAČENJE

elektroni, protoni, pozitroni, neutroni

Jonizacija molekula reaktivni joni i radikali oštećenja

- greške u replikaciji

- supstitucije

- skeleta DNK

Broj štetnih mutacija zavisi od:

- vrste jonizujućeg zračenja

- primenjene doze

- vremena izlaganja zračenju (akutna i hronična doza)

2. ULTRALJUBIČASTO ZRAČENJE (UV)

- mala prodorna moć

- oštećenja u površinskim ćelijama kože

C A A T G A C T--T C T A

G T--T A C T G A A G A T

NH

HN

O=C

T

C=O

C-CH3

CHNH

HN

O=C

T

C=O

C-CH3

CH

NH

HN

O=C

T

C=O CH3

C

C

NH

NH

C=O

T

C=OH3C

C

C

H H

UV

XERODERMA PIGMENTOSUM

NH

N

C=OC

C-NH2

HC

HC

NH

N

C=OC

C-NH2

C

Chidratacija

H

H

H

HO

DNK

UV

TALASNA DUŽINA (cm) TIPOVI ZRAČENJA104

103

102

10-1 (1mm)

101

100 (1cm)

10-2

10-3

10-4 (1

10-5

10-6

10-7 (1m)

10-8

10-9

10-10

RADIO TALASI

INFRACRVENI

VIDLJIVA SVETLOST

UV

10-11

X-ZRACI

GAMA ZRACI

KOSMIČKO ZRAČENJE

30 cGy 0.3 Gy prosečna doza za životni vek

4-5 Gy letalna400-500 cGy

0.001-0.1 Gy

u dijagnostičke svrhe0.1-10 cGy

0.1 Gy u terapijske svrhe10 cGy

1 Gy izaziva radijacionu bolest100 cGy

0.3 Gy30 cGy Udvostručuje spontanu stopu mutiranja

1 Gray = 1Gy

Rentgen ili rad = r1r = 1cGy

Obeležavanje mutacija

•c. G1444>A

g. IVS33+2T>A

g. IVS33-2A>T

1524 – 1527 del

c. 1277 – 1278 ins TATC

Glu 6 Val ili E 6 V Gln 39 X ili Q 39 X

brojperiod

ćelija deoba

5 meseci embrion

rodjenje

6.8x106 =22

2.6x106

seksualna zrelost

mejoza 2

Ukupno 24

oplodjenje

mejoza I

mejoza II

zigot

II polocita

Primordijalna geminativna ćelija