Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (947312), страница 60
Текст из файла (страница 60)
5.23. Относительные доли и вероятные мутацвоппые частоты длв отдельных цукдеотидпых замен, приводящих к заменам вмяло кислот, делеций вв молекулярном уровне, мутаций типа Лепоре (а~омальпых рекомбимацвй), мутаций сдвига рамки считывания и элопгацвй цепей Число мутаций, наруговющих сплвйсивг, по порядку величины равно числу петочковых мутаций (см раздел 4 3) замен и (2) смешения, связанные с выявлением у человека вариантов гемоглобина, принадлежащих к разным типам Тем не менее по относительному порядку величин оценки для мутаций различных типов могут быть вполне точными Например, весьма вероятно, что отдельные аминокислотные замены происходят довольно часто, делеции-гораздо реже, а элонгация цепей-событие очень редкое На первый взгляд наиболее разительное отличие в характере распределения мутаций гемоглобина и распределения мутаций у микроорганизмов заключается в редкости возникновения у человека мутаций сдвига рамки считывания У бактерий большинство мутаций, поддающихся биохимическому анализу, представлено именно мутациями сдвига рамки считывания (16981, а у бактериофагов онн составляют ббльшую часть мутаций, зависящих от репликации [531 Кроме того, нет оснований предполагать, что из всех возможных делений, происходят лишь те, которые включают три или кратное трем число пар нуклеотидов Очевидно, что делеции многих пар нуклеотидов будут часто приводить к сдвигам рамок считывания На рис 5 23 это смещение скорректировано посредством умножения наблюдаемой частоты делеций на 3 Однь- Все деле- Ыутангы Элонгации )ви.
типа ции димые ы „целен делеции н 3) 188 б. Мутации ко полученная величина оказалась по-прежнему гораздо меньше частоты замен отдельных аминокислот. Такая нехватка делеций отчасти может быть обусловлена пониженной выживаемостью.
С другой стороны, спектр мутаций, выявленных у бактерий и фагов, смещен в противоположном направлении. Многие одиночные аминокислотные замены остаются незамеченными, так как они не приводят к обнаружимому фенотипическому эффекту [1698]. Например, мы можем выявить только 10'г« мутаций, возникающих, по имеющимся данным, в гистидиновом локусе Яа1тояейа, благодари их летальности; все остальныеэто такие замены оснований, которые или не имели никакого эффекта, или лишь частично ннактивировали генные локусы и не выявляются при тестировании [1374, 1512, 1695]. 5.1.4.2, Проблема оценки общей частоты мутаций па геном и па паколекие Условия, пеабхади.иые для получения оценки.
До сих пор мы рассматривали только частоты мутаций отдельных генов нли кодонов. Было бы желательно экстраполировать эти величины и получить общую частоту мутаций на геном. Однако решение этой проблемы требует выяснения ряда вопросов. !. Необходимо знать частоты мутаций более чем одного кодона.
2. Надо располагать определенной информацией о том, являются лн частоты этих кодонных мутаций репрезентативными в отношении большинства кодонов структурных генов. Например, должно быть известно, возникают ли мутации в этих генах случайно или некоторые сайты более мутабильны, чем другие. 3.
Происходят ли мутации вне структурных генов с теми же частотами, что и мутации в структурных генах? Как отмечалось выше (разд. 2.3), преобладающая часть ДНК человека не содержит структурных генов, кодируюшнх полипептидные цепи. Однако относительно функции большей части этой ДНК пока можно лишь строить предположения. При любой попытке оценить частоту мута- ций для генома в целом следует принимать во внимание возможную роль ДНК, не кодирующей структурные гены, о которой мы знаем так мало.
Случайно ли распределяются из««стим« мутанты гемоглобина пв длине генов 1ГЬ а и НЬ 8? Один из наиболее поразительных феноменов, связанных со спонтанными мутациями у бахтериофагов, †существован «горячих точек», т.е. точек, характеризующихся особенно высокой мутабвльиостью. Этот феномен был открыт Бензером (!957) [1390] на фаге Т4 Е сод.
Если, обобщая, перейти от гемоглобиновых генов ко всему геному человека, следует в первую очередь поставить вопрос, можно ли обнаружить такие горячие точки также и у людей. Наиболее прямой подход, который здесь можно было бы применитьч заключается в сравнении частот мутаций в различных сайтах внутри генов. Однако осуществление этого подхода невозможно, так хак такие частоты мутаций неизвестны. Поэтому пришлось ограничиться изучением распределения известных мутантов по длинам и- и ()-генов. Отклонения от случайности могут быть в том сяучае, если частота мутаций одних колонов выше, чем других, ияи если иекозорые кодоны проявляют более выраженную или менее выраженную тенденцию к мутационному превращению, чем соседние с ними. Распределение известных мутаций в генах НЬ а и НЬ (! показано на рис. 5.24 (119].
Небольшое отклонение от случайности лля генов НЬ а можно объяснить с помощью правдоподобного предположения о том, что определенные сайты столь важны лля функции, что мутации в них несовместимы с жизнью и потому не булут выявяятьсв и учитываться в соответствующих исследованиях.
Вполне возможно, что новых мутаций в расчете па геком и поколение возникает много, однако получекие достоверной оценки их частоты пока невозможно. Общее количество ДНК в гаплоидной клетке человека равно - 3,0 — 3,5 х 10 " г, а гаплоидный геном содержит около 3 — 3,5 х 10' пар нуклеотидов. Поскольку один кодон состоит из трех нуклеотидных пар, максимально возможное число кодонов равно приблизительно ! х 10».
Учитывая приведенную оценку, можно предположить, что частота кодонной мутации, приводягцей к замене одного определенного основания, составляет 2,5 х !О Я. Чтобы охарактеризовать общую мутабильность на кодон, б Мутации 189 «.Цвпь !о 15 20 50 ! 5 25 ЗО 35 60 65 70 75 ВО В5 90 95 ЮО Ф !25 130 135 140 101 б-Цвпь ° Ф $ ° ° ° ° ° ° ФФ ! 1О 15 го 25 ЗО 1 5 ° Ф ° ФФ$ $ ° $ ° ° $ ° ФФ $$ ° ФФ 90 95 !00 БО 65 70 75 ВО В5 5! 55 125 130 135 140 115 115 120 103 105 ! И на данных о вариантах Зсмоглобинв, обнаруженных в современных популяциях человека [1191 имеет какую-то дру!.ую, менее специфическую, возможна регуляторную, функцию, или в том, что большие ее участки фактически лишены функции: они представляют собой, З.оворя словами Она [15881, некий «хлам» или их функция имеет столь универсальный характер, что большинство замен отдельных пар оснований фактически не имеет никако~о значения.
Вспомним, например, что гетерохроматину приписывалась в порядке рабочей гипотезы функция «стража тела» [3851. Поразительно высокий уровень полиморфизма сайтов рестрикции, обнаруженный при изучении нетранскрибируемых участков ДНК !разд. 2З.2.7), подкрепляет это предположение, так как он вряд ли мог бы поддерживаться, если бы это было сопряжено с риском для каких-то важных функций. Тем не менее Нил [15781 высказал мысль, что зта «молчащая» ДНК едва ли может быть свободной от влияния мутаций и -рано или поздно -от давления отбора. Он склоняется к предположению, чта частоты мутаций разных кодонов могут обнаруживать сильные различия.
Фрагментарность информации, которой на сегодняшний день мы располагаем, не позволяет даже гипотетически решить эту 105 ИО 115 120 ° Ф ° ° ° ° Ф ° Ф Рис. 5.24. Распределение замен отдельных аминокислот (обусдовлснных заменами огдслъных оснований) в и- и )1-цспвх Зсмоглобина человека. Это распределение основано выраженную через количество аминокислотных замен, это число надо умножить приблизительно на 7: каждое основание может быть замещено любым из трех других и приблизительно 75% всех нуклеотидных замен, главным образом в первых двух позициях кодаков, приводит к аминокислотным заменам. Отсюда следует, что общая частота мутаций равна 1,75 х !О ' на кодаи.
Умножая зту величину на 1 х 1О', получаем 17,5 мутаций на гаплоидный геном или одну половую клетку и 35 мутаций г)е посо на индивида (две половые клетки), принадлежащего к данной популяции. Это число настолько велико, что вызывает определенный страх. Возникает вопрос: как же удается человеческому роду продолжать свое существование? Даже если принять во внимание, что многие из известных мутаций гемоглобиновых генов оказывают слабое неблагоприятное влияние или совсем не оказывают вредного влияния на своих носителей, трудно допустить, что частота мутаций может иметь такую величину.
Наиболее распространенный ответ состоит в том, что преобладающая часть ДНК человека не содержит структурных генов, кодирующих специфические белки, а 35 40 !5 50 $ ° ° $ФФФ ° ° $$ ° 190 б Мутации гл яс у и тялнсаеасии тилизиции ПУРИН Валин мрнк днк Глутамииоаая кислота рнк днк О17А САТ Ся 170 САС ЫЛ) САА СЮС ОАО СТТ СТС СУАА САЙ СТС вЂ” САС; проблему. Наша цель состоит скорее в том, чтобы поставить вопросы, нежели в том, чтобы ответить на них [1510, !57, 16733.
Знакомство с результатами проведенного в последующие годы изучения структуры хроматина (разд. 2.3) позволяет надеяться, что на некоторые из этих вопросов скоро будет получен ответ, 5.!.4.3. Мутации в гемоглобиновых генах и генетический код Аминокислотные замены в полипептидной цепи отражают соответствующие нуклеотидные замены в Дс1К.
Так как генетический код известен с начала 1960-х годов, изучение аминокнслотных замен, особенно в гемоглобинах, позволило идентифицировать замены оснований в матричной РНК и, поскольку мРНК комплементарна транскрибируемой цепи ДНК, в самих генах. Это можно проиллюстрировать на примере гемоглобина с мутацией серповидноклеточности: 1) изменение биохимического фенотипа; НЬА- НЪЯ; 2) аминокислотная замена: глутаминовая кислота — валин; 3) кодоны: 4) возможные замены оснований в случае, если в ДНК произошла только одна нуклеотидная замена: СТТ вЂ” САТ 5) замена основания в ДНК: Т (тимин) -+ А (аленин); 6) типы замены: пуриновое основание замещается пиримидиновым.
Этот тип замены называется «трансверсией». Замена пурина на другой пурин или пиримидина на другой пиримидин известна под названием «транзиции» [14573. рис. 5.25. Механизм возникновения мутаций иа иуклеотидиом уровне Возможны четыре траизиции и восемь транслерсий. Транзииии происходят чаще, чем можно было бы ожидать, если бы замены оснований носили случайный характер. Любое нуклеотидное основание может заместиться в результате одной транзиции и двух транс- версий (рис. 5.25). Поэтому, если бы направление мутационного процесса было случайным, трансверсии происходили бы вдвое чаще, чем транзиции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
