Mutacja postzygotyczna

Mutacja postzygotyczna (lub mutacja postzygotyczna ) to zmiana w genomie organizmu , która jest nabywana podczas jego życia, zamiast być dziedziczona od rodzica (rodziców) poprzez fuzję dwóch haploidalnych gamet . Mutacje, które występują po utworzeniu zygoty, mogą być spowodowane różnymi źródłami, które dzielą się na dwie klasy: mutacje spontaniczne i mutacje indukowane. To, jak szkodliwa jest mutacja dla organizmu, zależy od tego, czym jest mutacja, gdzie wystąpiła w genomie i kiedy wystąpiła.

Powoduje

Zmiany postzygotyczne w genomie mogą być spowodowane małymi mutacjami, które wpływają na pojedynczą parę zasad, lub dużymi mutacjami, które wpływają na całe chromosomy i są podzielone na dwie klasy, mutacje spontaniczne i mutacje indukowane.

Spontaniczne mutacje

Mutacja depurynacyjna powoduje powstanie jednej normalnej nici i jednej skróconej nici po replikacji.

Większość spontanicznych mutacji jest wynikiem naturalnie występujących uszkodzeń DNA i błędów podczas replikacji DNA bez bezpośredniego kontaktu z czynnikiem. Kilka typowych spontanicznych mutacji to:

Depurynacja - Utrata zasady purynowej (A lub G) w celu utworzenia miejsca apurynowego . Miejsce apurynowe, znane również jako miejsce AP, to miejsce w sekwencji genetycznej, które nie zawiera zasady purynowej. Podczas replikacji dotknięty dwuniciowy DNA wytworzy jedną dwuniciową córkę zawierającą brakującą purynę, co spowoduje niezmienioną sekwencję. Druga nić wytworzy krótszą nić, pozbawioną puryny i jej uzupełniającej zasady.
Deaminacja - grupa aminowa w zasadzie zmienia się w grupę ketonową . Powoduje to cytozyny w uracyl , a adeniny w hipoksantynę , co może skutkować nieprawidłową replikacją i naprawą DNA.
Tautomeryzacja - Atom wodoru na bazie nukleotydu jest przestawiany, co powoduje zmianę wzoru wiązań wodorowych i nieprawidłowe parowanie zasad podczas replikacji. Na przykład ketotautomer tyminy normalnie łączy się w pary z adeniną, jednak enolowy tautomer tyminy może wiązać się z guaniną . Powoduje to nieprawidłowe dopasowanie pary zasad. Podobnie istnieją aminowe i iminowe cytozyny i adeniny, które mogą powodować nieprawidłowe parowanie zasad z innymi nukleotydami.

Mutacje indukowane

Mutacje indukowane to wszelkie zmiany w DNA spowodowane przez czynnik lub mutagen. Mutageny często wykazują specyficzność mutacyjną, co oznacza, że powodują przewidywalne zmiany w sekwencji DNA. Kilka typowych mutagenów indukujących mutacje to:

ultrafioletowe (UV) - powoduje, że zasady nukleotydowe pirymidynowe (T lub C) na tej samej nici łączą się kowalencyjnie, tworząc dimer pirymidynowy. Dimery tyminowo-tyminowe są najczęstszą mutacją powodowaną przez światło UV. Ponieważ dimery powodują destrukcyjne załamanie w strukturze DNA, polimerazy często mają problemy z odczytaniem regionu, spowalniając replikację DNA.
Analogi zasad - związki chemiczne, które są wystarczająco podobne pod względem struktury i chemii do azotowych zasad DNA, tak że można je włączyć do sekwencji. Te analogi nie mają takich samych właściwości parowania jak normalne zasady, dlatego podczas replikacji mogą nieprawidłowo łączyć się w pary z nukleotydami. 5-bromouracyl (5-BU) jest powszechnym analogiem tyminy, jednak forma enolowa 5-BU nadal może wiązać się z adeniną. Natomiast forma zjonizowana łączy się z guaniną.
Czynniki interkalujące - związki chemiczne, które umieszczają się pomiędzy ułożonymi w stos zasadami azotowymi w DNA, powodując mutację przesunięcia ramki odczytu. Niektóre środki interkalujące, takie jak daunorubicyna , są zdolne do blokowania replikacji i transkrypcji, co czyni je niezwykle toksycznymi dla proliferujących komórek.
Reaktywne formy tlenu (ROS) - wysoce reaktywne cząsteczki zawierające tlen, które mogą powodować pęknięcia nici DNA i wiele szkodliwych skutków dla składników komórkowych.
Środki alkilujące - Związki, które przyłączają grupę alkilową do czterech zasad. Dodanie grupy alkilowej do guaniny może prowadzić do nieprawidłowego parowania z tyminą i zakłócać dokładność replikacji.

Konsekwencje

Dużym wyznacznikiem ciężkości następstw spowodowanych mutacjami postzygotycznymi jest czas i miejsce ich wystąpienia. W rezultacie konsekwencje mogą wahać się od nieistotnych do niewiarygodnie szkodliwych.

Mozaika

Mozaika powstaje po uformowaniu się zygoty i mutacji podczas rozwoju. Zmutowana linia komórkowa może zostać przekazana potomstwu, jeśli dotyczy to komórek rozrodczych.

Kiedy dana osoba odziedziczyła nieprawidłowość, jest ona zwykle obecna we wszystkich jej komórkach. Jednak niektóre mutacje, takie jak zmiana kodu DNA, zmiany epigenetyczne i nieprawidłowości chromosomalne, mogą wystąpić na późniejszym etapie rozwoju. Spowodowałoby to, że jedna potomna linia komórkowa byłaby normalna, podczas gdy inne linie komórkowe byłyby nieprawidłowe. W rezultacie jednostka jest uważana za mozaikę komórek normalnych i nieprawidłowych.

Mozaicyzm to występowanie dwóch lub więcej linii komórkowych o różnych genotypach u jednego osobnika. Różni się od chimeryzmu , który jest połączeniem dwóch zygot, w wyniku czego powstaje nowa pojedyncza zygota z dwoma genotypami.

Utrata chromosomu Y

Utrata chromosomu Y (LOY) w komórkach krwi jest najczęstszą mutacją postzygotyczną u ludzi. Jest silnie związany z wiekiem i jest wykrywalny w co najmniej 10% komórek krwi odpowiednio u 14% i 57% mężczyzn w wieku około 70 i 94 lat. Mężczyźni z LOY mają wyższą śmiertelność z jakiejkolwiek przyczyny i śmiertelność z powodu raka w porównaniu z mężczyznami zdrowymi. Dodatkowo LOY wiąże się z większym ryzykiem choroby Alzheimera i chorób sercowo-naczyniowych. Palenie zwiększa ryzyko wywołania LOY ponad trzykrotnie i ma zależny od dawki wpływ na status LOY.

Trisomia 21 Mozaicyzm

Trisomia 21 ( zespół Downa ) jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych nieprawidłowości chromosomalnych wśród żywych urodzeń. Spośród wszystkich ciąż z trisomią 21 około 80% kończy się samoistnymi poronieniami lub porodami martwych dzieci. 1-5% osób, u których zdiagnozowano zespół Downa, to w rzeczywistości mozaiki trisomii 21 „wysokiej jakości”. Pozostałe mozaiki trisomii 21 są oznaczone jako mozaiki „niskiego stopnia”, co oznacza, że mutacja chromosomalna występuje w mniej niż 3-5% odpowiedniej tkanki. Podczas gdy mozaiki trisomii 21 wysokiego stopnia wykazują podobne cechy do pełnego zespołu Downa, mozaiki niskiego stopnia mają tendencję do wykazywania łagodniejszych cech, jednak efekty są dość zmienne w zależności od rozmieszczenia komórek trisomicznych.

Mutacje somatyczne

Mutacje somatyczne są wynikiem zmiany struktury genetycznej po zapłodnieniu. Ten typ mutacji obejmuje również komórki spoza grupy reprodukcyjnej, a zatem nie jest przekazywany przyszłym potomkom.

Mutacje linii zarodkowej

Mutacje linii płciowej są wynikiem zmiany struktury genetycznej komórek rozrodczych . Mutacje te mogą być przekazywane potomstwu i powodować mutację konstytucyjną. Mutacje konstytucyjne to mutacje, które obecne w jednej komórce są również obecne we wszystkich innych komórkach związanych z organizmem.