Главная страница
qrcode

Документ (5) (копия). Генные мутации подразделяются на 2 класса


Скачать 273.41 Kb.
НазваниеГенные мутации подразделяются на 2 класса
Дата18.04.2019
Размер273.41 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаДокумент (5) (копия).docx
ТипДокументы
#62467
Каталог

1Мутации -внезапно возникающие естественные (спонтанные) или вызываемые искусственно (индуцированные) стойкие изменения наследственных структур живой материи, ответственных за хранение и передачу генетической информации.

Генные мутации подразделяются на 2 класса:

1) ошибки репликации – замена пар оснований. Замена азотистых оснований. Причинами этого рода мутаций являются: а) ошибки репликации; б) влияние определенных химических агентов. Под воздействием химических агентов может происходить нарушение структуры азотистого основания уже присоединенного нуклеотида.

Еще одной причиной может быть ошибочное включение в образующуюся цепь ДНК нуклеотида с измененным основанием. Если это остается незамеченным ферментами репарации, измененное основание включается в процесс репликации, что может привести к замене основной пары на другую.

Точечные мутации  замены оснований  классифицируют на транзиции и трансверсии .

Замена одного пуринового основания (аденин) на другое (гуанин), одного пиримидинового основания (цитозин) на другое (тимин) называется транзицией.

Замена пуринового основания (аденин или гуанин) на пиримидиновое (цитозин или тимин) называется трансверсией.

Мутации в результате замены азотистых оснований возникают первоначально в одной из цепей ДНК. Если они не исправляются в ходе репарации, то при последующих репликациях они закрепляются в обеих цепях молекулы. Следствием этого является образование нового триплета в генетическом коде ДНК.

2) сдвиг рамки считывания (фреймшифт) – утрата или вставка нуклеотидов. Такие мутации более многочисленны и опасны для клеток. Классифицируют на на делеции и инсерции.

Инсерция — в молекулу ДНК встраивается один или несколько нуклеотидов.

Делеция — в молекуле ДНК выпадает один или несколько нуклеотидов.
Примеры генных мутаций у людей:
2.К антимутационным барьерам на молекулярном уровне относятся:

1парность гомологичных хромосом, которые препятствуют фенотипическому проявлениюрецессивных мутаций; 2) две цепи ДНК (запасная цепь); 3) наличие в ДНК нескольких повторов одного гена (гены рРНК, тРНК, гистоновых белков и т.д.); 4) вырожденность генетического кода (25% замен нуклеотидов дают кодон-синоним); 5) триплетность кода (минимальное число замен в триплете-кодоне с изменением биоинформации, 64% замен 3-го нуклеотида в кодоне не меняют смысла, но 100% замен 2-го нуклеотида – мутация; 6) и-РНК активно разрушаются особыми малыми интерферирующими РНК, если в молекуле есть “неправильно” расположенные кодоны-терминаторы или с ошибками прошло полиаденилирование; 7) убиквитин метит полипептиды с ошибками в аминокислотных последовательностях, белки-шапероны узнают полипептиды с дефектами фолдинга и далее они разрушается в лизосомах или протеасомах; 8) репарация ДНК –способность клеток исправлять поврежденные участки в молекуле ДНК путем ферментативного разрушения измененного участка молекулы ДНК с восстановлением в этом отрезке последовательности нуклеотидов, комплементарной фрагменту нормальной молекулы ДНК.

3. Фотореактивация–прямая репарация,происходит у бактерий на свету при участии специального фермента – фотолиазы.

Под действием ультрафиолетовых лучей, в молекуле ДНК могут возникать сцепления между соседними пиримидиновыми основаниями с образованием димеров – Т=Т, Т=Ц, Ц=Ц.

Фотореактивация заключается в том, что фермент фотолиаза расщепляет вновь образовавшиеся связи между соседними пиримидиновыми основаниями и восстанавливает нативную структуру. Свет активирует фотолиазу, которая затем распознает димеры в облученной ДНК, присоединяется к ним и разрывает возникшие между пиримидиновыми кольцами связи. После этого фотолиаза отходит от ДНК.

Прямое восстановление структуры ДНК на этом завершено. Это единственная пока найденная ферментная реакция, в которой фактором активации служит не химическая энергия, а энергия видимого света. Все остальные типы репарации не требуют активации светом.

Другие виды прямого восстановления молекулы ДНК:

Репарация О6-алкилированного гуанина

химических мутагены - алкилирующие агенты, способные добавлять к взаимодействующим с ними молекулам алкильные (метиловые, этиловые, пропиловые, бутиловые) боковые группы. Эти мутагены алкилируют пуриновые и пиримидиновые основания в ДНК.

Исследования показали, что в клетках есть ферменты метилтрансферазы, которые могут захватывать метильные группы от модифицированного гуанина и благодаря этому восстанавливать исходную структуру ДНК.

Метилтрансфераза, захватив метильную группу, не может от нее освободиться. Для каждого акта прямой репарации нужна новая молекула фермента, клетка вынуждена запустить синтез новых его порций. Если процесс возникновения новых повреждений в ДНК идет медленнее, чем синтез новых порций белков, то последних хватает на захват всех метильных групп в гуанинах и мутации не возникают. Если же скорость внесения новых повреждений превышает скорость синтеза белков, последние перестают справляться со всеми повреждениями и в клетках накапливаются мутации.

Репарация АП-сайтов за счет прямой вставки пуринов. При некоторых типах повреждений пуриновых оснований ковалентная связь между основанием и сахаром (гликозидная связь) может рваться. Тогда в молекуле ДНК на месте этих оснований образуется брешь, названная АП-сайтом. Ферменты, названные инсертазами (от англ. insert - вставлять), которые могут вставлять в брешь такое же основание, какое было до поражения, и соединять его с сахаром. Структура ДНК приобретает исходный неповрежденный вид.

4. Этапы эксцизионной репарации

•1. Узнавание повреждения ДНК эндонуклеазой

•2. Инцизия (надрезание) цепи ДНК ферментом по обе стороны от повреждения

•3. Эксцизия (вырезание и удаление) повреждения при помощи геликазы

•4. Ресинтез: ДНК-П застраивает брешь и лигаза соединяет концы ДНК

Репарация путем удаления оснований (BER)

•восстановление одного нуклеотида.

Этапы:

•ДНК-гликозилаза удаляет неверное основание;

•Нуклеазы расщепляют участок, в котором не достает основания;

•ДНК-полимераза заполняет брешь;

•ДНК-лигаза сшивает концы.

Эксцизионная репарация нуклеотидов (nucleotide excision repair –NER) NER отличается от BER несколькими путями.

Использованием различных ферментных систем. Даже если ошибка в одном нуклеотиде, удаляется сразу множество нуклеотидов в районе повреждения.

Основные ключевые события NER:

1.Повреждение распознается одним или несколькими факторами связывающимися с местом повреждения.

2. ДНК раскручивается в месте повреждения. В этом процессе участвуют

различные транскрипционные факторы IIH, TFIIH, (которые так же работают при нормальной транскрипции).

3. Разрез ДНК происходит с 3' и 5'-конца от повреждения, в результате чего удаляется фрагмент ДНК содержащий поврежденный нуклеотид.

4. Новая цепь ДНК достраивается по матрице неповрежденной цепи ДНК полимеразами дельта или эпсилон.

5. Лигазы сшивают вновь синтезированный конец цепи.




5.Мисс-матч репарация


●происходит в ходе репликации и обеспечивает исправление неверных спариваний, аномальных гетеродуплексов и палиндромов.

Этапы:

● Узнавание и удаление неверных нуклеотидов эндонуклеазами;

● Заполнение бреши при помощи ДНК-полимеразы;

●Сшивание концов лигаз

•При встраивании неправильного нуклеотида двойная спираль деформируется. Это позволяет ДНК-П распознать в большинстве случаев дефект в растущей цепи. Если ошибочно встроенный нуклеотид не способен формировать водородную связь с комплементарным основанием, ДНК-П приостановит процесс репликации до тех пор, пока нужный нуклеотид не встанет на его место. У эукариот ДНК-П не обладает 3’-5’ экзонуклеазной активностью.

Мисмэтч репарация специальные ферменты метилазы присоединяют метильные группы к аденинам в последовательности ГАТЦ на материнскую цепь и она становится метилированой, в отличие неметилированной дочерней. У E.coli продукты 4-х генов отвечают зп мисмэтч репарацию: mut S, mut L, mut H, mut U.

SOS репарация Включается тогда, когда повреждений в ДНК настолько много, что они угрожают жизни клетки. Индуцируется синтез белков, которые присоединяются к ДНК-П комплексу и строят дочернюю цепь ДНК напротив дефектной матричной. В результате ДНК удваивается с ошибкой и может произойти клеточное деление. Но если были задеты жизненно важные функции клетка погибнет.

SOS-репарация

•Механизм быстрого, но не всегда точного реагирования, на стресс.

•Обеспечивается специальными белками – LexA и RecA-протеазой.

•Механизм:

- в ответ на повреждение происходит активация протеазной активности белка RecA, который расщепляет белок LexA, блокирующий гены ферментов репарации,

- активированные гены транскрибируются и синтезируются ферменты репарации, которые исправляют повреждение.
6. Общая характеристика репарации

•Это процесс удаления поврежденного участка и восстановления правильной структуры ДНК

•Характерен только для ДНК и обусловлен особенностями ее структуры, а именно: комплементарностью и антипараллельностью цепей.

•Обеспечивает сохранение генетического материала.

•Происходит при участии специальных ферментов

Дефекты репарационных систем и наследственные болезни. В специальных наблюдениях установлено, что в геноме зародышевой линии клеток млекопитающих и человека происходит в среднем 6 нуклеотидных замен в год. Вероятно, и в соматических клетках происходит такое же количество мутаций.

Их накопление с возрастом повышает вероятность ракового перерождения клеток. В целом полагают, что 80 - 90% всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК.

Многие другие наследственные болезни человека также связаны с дефектами в работе системы репарации. К ним, в частности, относят: 1) пигментная ксеродерма (нарушению пигментации; ороговению кожных покровов; атрофическим изменениям в эпидермисе; дистрофии соединительных тканей; клеточной атипии; злокачествленые опухоли; 2) триходистрофию (нехватка серы в клетках волос, ведущая к их ломкости; аномалии кожи и зубов; дефекты полового развития; 3) синдром Коккейна (карликовость, глухота, атрофия зрительных нервов и др.); 4) анемия Фанкони (уменьшение количества всех клеточных элементов крови, скелетные нарушения, микроцефалия, потеря слуха) и др.

Болезни, связанные с нарушением репарации

•Пигментная ксеродерма

•Атаксия-телеангиэктазия или синдром Луи-Бар

•Синдром Блума

•Трихотиодистрофия (ТТД)

•Синдром Коккейна

•Анемия Фанкони

•Прогерия детей (синдром Хатчинсона-Гилфорда)

•Прогерия взрослых (синдром Верн)

7 Процесс превращения нормальной клетки в трансформированную (опухолевую) клетку называется
Рак относится к полиэтиологичным, т.е. многофакторным заболеваниям.

Факторами, вызывающими опухолевую трансформацию клеток, называются канцерогенные факторы. Различают:

1. физические канцерогены: Значение ионизирующего излучения как канцерогенного фактора постоянно возрастает в связи с тем, что человек все чаще подвергается действию ионизирующего излучения от самых разнообразных источников, начиная от используемых в медицине и кончая возникшими в результате аварий на атомных электростанциях.

2. химические канцерогены: воздействие химических веществ на весь организм или только в определенном месте. Большинство химических канцерогенов способносты к метаболическому превращению в сильные электрофильные реагенты, активно взаимодействующие с нуклеофильными центрами генетического аппарата клетки.Онкогенными свойствами обладают бензапирен, бензидин, компоненты табачного дыма и многие другие вещества.

3. биологические канцерогены: Генетическим материалом вирусов может быть молекула ДНК-(ДНК-вирусы) или РНК-(РНК-вирусы). Некоторые из вирусов содержат в своем геноме гены, обладающие онкогенной активностью.


Единичного генетического повреждения, как правило, недостаточно для превращения клетки в опухолевую (опухолевой трансформации). Лишь накопление 5-10 мутаций в течение продолжительного времени (часто многих лет), изменяющее несколько генных продуктов, приводит к появлению злокачественного новообразования.

При этом в нормальной клетке мутировать могут протоонкогены, превращающиеся в онкогены, а также гены противоопухолевых супрессоров и гены репарационных систем .
Стадии канцерогенеза


1. Инициация. Почти каждая опухоль начинается с повреждения ДНК в отдельной клетке. Этот генетический дефект может быть вызван канцерогенами или онкогенными вирусами. Однако для инициации опухоли важны лишь повреждения протоонкогенов. Эти повреждения являются наиболее важным фактором, определяющим трансформацию соматической клетки в опухолевую. К инициации опухоли может привести и повреждение антионкогена (гена-онкосупрессора).

2. Промоция опухоли – это преимущественное размножение измененных клеток, поврежденных опухоль-инициирующими факторами. Такой процесс может длиться годами.

3. Прогрессия опухоли — это процессы размножения малигнизированных клеток, инвазии и метастазирования, ведущие к появлению злокачественной опухоли.

В заключение, рак развивается у людей пожилого и старого возраста. Это связано с тем, что мутации в генах возникают случайно и вероятность накопления в клетке нужного для онкогенного превращения набора мутаций весьма низка – для этого требуются многие годы.

Не последнюю роль играет и ослабление с возрастом иммунных систем организма, которые препятствуют выживанию опухолевых клеток.
8.Существует определенный класс (группа) генов, вызывающих злокачественную трансформацию клеток. Эти гены называются онкогенами.
Протоонкогены представляют собой группу семейств генов, которыеиграют ключевую роль в пролиферации и дифференцировке клеток, функционировании клеточных рецепторов, репарации ДНК и формировании ответа на внешние регуляторные сигналы. Продуктами этих генов являются белки, называемые факторами роста.

Протоонкогены превращаются в клеточные онкогены двумя возможными путями. Один из них реализуется через увеличение продукции онкогена, а второй- через мутации в кодирующей последовательности протоонкогенов.

Увеличение продукции онкогена может происходить в результате инсерционного мутагенеза и амплификации гена.

Онкогены ретровируса могут внедряться в геном хозяина в непосредственной близости или непосредственно в клеточной онкоген, начинают действовать как промотор гена, вызывая его избыточную экспрессию.Это явление получило название «вставочного» канцерогенеза.

Протоонкогены могут также активироваться при стрессовых для клетки ситуациях, когда начинается амплификация протоонкогена. Амплификация (увеличение числа копий) протоонкогена является достаточно распространенным способом превращения протоонкогенов в онкогены, приводящим к значительному увеличению их активности.

Присоединение к протоонкогену нового транскрипционного промотора в результате транслокации хромосом приводит тому, что протоонкоген начинает работать непрерывно, синтезируя белок постоянно, нерегулируемым образом, т.е. превращается в онкоген.

Некоторые генные (точковые) мутации приводят к изменению структуры белка, синтезируемого протоонкогенами, например к нарушению его центра связывания с ингибитором, который контролирует его функцию. В результате белок будет постоянно активен и будет бесконтрольно стимулировать соответствующий процесс.

Таким образом, одним из основных и общих механизмов, лежащих в основе превращения протоонкогенов в онкогены, является нарушение нормального процесса регуляции и контроля активности протоонкогенов

9.В геноме присутствуют гены, защищающие организм и его клетки от воздействия канцерогенных факторов и их опухолевой трансформации. Они называются антионкогенами или генами-супрессорами опухолей. Гены супрессорыопухолевого роста в норме обеспечивают подавление клеточной пролиферации на определенных стадиях онтогенеза, т.е.регулируют (тормозят) экспрессию протоонкогенов.

Мутации в генах – супрессорах приводят к синтезу белков, измененных в структурно-функциональном отношении с последующим запуском опухолевой трансформации клеток различных органов и систем.

В настоящее время идентифицировано свыше 20супрессорныхгенов, мутации в которых приводят к развитию опухолей. Наиболее частыми мутациями в генах-супрессорах опухолевого роста являются миссенс-мутации и точковыеделеции в стуктурной части гена.

Наиболее изученные антионкогены — p53 и Rb.

Ген Rb бывает утрачен при ретинобластоме (частота ретинобластомы — один случай на 20 тыс. детей). 60% ретинобластом развивается спорадически, а 40% относят к наследственным опухолям с аутосомно-доминантным типом наследования. При наследственном дефекте Rb второй аллель нормален, поэтому развитие опухоли возможно только при одновременном повреждении второго (нормального) гена Rb. При спонтанно развившейсяретинобластоме потеря Rb затрагивает сразу оба аллеля
Ген Rb в нормальном состоянии предотвращает развитие ретинобластомы, т.е. является ее супрессором.

Одним из важнейших генов-супрессоров опухолей является ген р53 (с массой 53 килодальтон, кД). Он имеет множество аллелей (свыше 3400). Мутантные аллели гена р53 приводят к развитию около половины всех опухолей человека.

Ген р53 запускает серию последовательных процессов, заканчивающихся запрограммированной гибелью клеток с поврежденной структурой и функцией ДНК или
Мутации гена р53 нарушают процесс апоптоза аномальных клеток, способствуют их переживанию, пролиферации и возможной опухолевой трансформации, т.е. появлению раковой клетки – родоначальницы раковой опухоли.

Генами- супрессорами также считают гены рака молочной железы - BRCA1 и BRCA2. Мутации в этих генах обусловливают наследственную форму рака молочной железы и яичников у женщин.

]

10.К человеческим онковирусам относятся следующие:

ДНК-содержащие вирусы
и
ДНК-содержащие вирусы человека, участвующие в формировании рака человека, можно классифицировать на 4 группы:
1. вирусы, вызывающие папиломы (папилломавирусы).Вирус папилома может идуцировать рак шейки матки.
2. вирус Эпштайн-Барра (EBV), вызывающий развитие лимфом;
3. вирус гепатита В (HBV)-способный вызывать рак печени.
4. вирус герпеса, вызывающий саркому Капоши (KSHV).
ДНК-cодержащие опухолеродные вирусы имеют иной механизм действия. Их геном, точнее отдельные гены, входящие в геном, и продукты этих генов, онкогенного паповавируса, соединяясь с клеточным белком, подавляющим пролиферацию клетки и участвующим в регуляции пролиферации, инактивируют его и создают тем самым автономную нерегулируемую пролиферацию. Трасформирующую активность этих ДНК-содержащих вирусов связывают с их внедрением в геном клетки хозяина. Место внедрения вируса в геном клетки стабильно, и это определяет моноклональное происхождение опухоли.
РНК-содержащие вирусы — ретровирусы. У ретровирусов отсуствуют гены, необходимые им для автономной репликации. Для этого вирусы используют системы биосинтеза клеток хозяина после их инфицирования. Для того чтобы они могли начать размножаться, вирусы используют особый фермент, ген которого обязательно представлен в геноме ретровируса,- обратную транскриптазу. С помощью этого фермента РНК вируса копируется в двуспиральную молекулу ДНК, которая интегрирует в геном хозяина и начинает функционировать как собственные гены. В результате синтезируются вирусные белки и РНК, необходимые для сборки новых частиц вируса.
Кроме того, некоторые ретровирусы содержат особые гены, отвечающие за трансформацию клеток хозяина, так называемые вирусные онкогены.
перейти в каталог файлов


связь с админом