ГЕНЕТИКА - Підручник - А.В. Сиволоб - 2008

РОЗДІЛ 4. Мінливість генетичного матеріалу

ТИПИ МУТАЦІЙ

Мутаційні зміни можуть охоплювати декілька нуклеотидів молекули ДНК, великі за довжиною послідовності та цілі набори хромосом. Відповідно, розрізняють точкові, хромосомні та геномні мутації.

Зміну послідовності ДНК, обмежену лише одним чи декількома нуклеотидами, називають точковою мутацією. Така мутація може являти собою заміну одного нуклеотиду на інший. Заміна, в результаті якої замість пурину (А, G) включається піримідин (T, C) або навпаки називається трансверсією. Заміна пурину на пурин (A^G) і, відповідно, піримідину на піримідин (T↔C), називається транзицією. Транзиції та трансверсії, які відбулися в кодуючій частині гена, можуть зумовити заміну амінокислоти в складі білка - у такому випадку мутацію називають міссенс-мутацією (missense), або несинонімічною нуклеотидною заміною. Унаслідок виродженості генетичного коду (див. розділ 2) заміна нуклеотиду може не змінити змісту кодона. Така нуклеотидна заміна називається сеймсенс-мутацією (samesense), або синонімічною мутацією. При утворенні в результаті трансверсії чи транзиції стоп-кодона (беззмістовного щодо амінокислот) нуклеотидну заміну називають нонсенс-мутацією (nonsense).

Іншими двома типами точкових мутацій є вставка (інсерція) або випадіння (делеція) одного чи декількох нуклеотидів. Інсерція або делеція не кратної трьом кількості нуклеотидів у кодуючій частині гена приводить до зсуву рамки зчитування. Якщо вставка повторює послідовність, яка присутня поблизу місця інсерції, то її називають дуплікацією, а багаторазовий повтор декількох нуклеотидів - експансією повторів. Усі розглянуті типи точкових мутацій схематично зображено на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Типи точкових мутацій

Хромосомні мутації (хромосомні перебудови або хромосомні аберації) - це порушення в нормальній морфології хромосом, спостережувані на стадії метафази або телофази мітозу, коли можна розрізняти окремі хромосоми. Отже, хромосомними мутаціями є такі великомасштабні зміни послідовностей ДНК (від 1 млн пар основ і більше), які можна ідентифікувати за допомогою оптичного мікроскопа. Здебільшого під хромосомними абераціями розуміють будь-які порушення морфології хромосом - у тому числі такі, що унеможливлюють наступний поділ клітини або взагалі є несумісними з життям і тому не спадкуюються. Хромосомні мутації - це частина хромосомних аберацій, які успадковуються дочірніми клітинами.

Хромосомні перебудови можуть бути внутрішньохромосомними (відбуваються в межах однієї хромосоми) і міжхромосомними (перебудови, що охоплюють дві різні хромосоми).

Одним із типів внутрішньохромосомних перебудов є делеції. Розрізняють термінальні делеції (дефішенсі - втрати кінцевих ділянок хромосом) та інтерстиціальні - втрати внутрішніх частин хромосом (рис. 4.2). До внутрішньохромосомних перебудов також належать дуплікації (двократні повтори певного сегменту хромосоми, рис. 4.3), ампліфікації (багаторазові повтори сегмента хромосоми) та інверсії - повороти ділянки хромосоми на 180°. Залежно від того, залучає інверсія область центромери чи ні, розрізняють відповідно перицентричні та парацентричні інверсії. Перші можуть значно змінювати морфологію хромосоми, а другі не приводять до зміни морфологічного типу хромосоми й детектуються лише за допомогою методів диференційного забарвлення - методів, які дозволяють візуалізувати певні більш або менш інтенсивно забарвлені ділянки, розподіл яких є специфічною ознакою кожної хромосоми (рис. 4.4).

Рис. 4.2. Схеми й фото термінальної (а) та інтерстиціальної (б) делецій. Овали на схемах позначають центромери.

На фото наведено хромосоми людини, делеговані ділянки вказано квадратними дужками

Рис. 4.3. Схема та фото дуплікації. На фото - хромосоми людини, дуплікований фрагмент обведено червоним

Рис. 4.4. Схема та фото парацентричної (а) і перицентричної (б) інверсій.

На фото - хромосоми людини, ділянки інверсій обведено червоним, хромосоми з інверсіями вказано стрілкою

До міжхромосомних перебудов відносять інсерції та транслокації. Інсерція - це вставка ділянки однієї хромосоми всередину іншої (маються на увазі негомологічі хромосоми), яка супроводжується делецією в першій хромосомі.

Обмін ділянками між негомологічними хромосомами називається транслокацією. Розрізняють реципрокні та нереципрокні транслокації. Взаємний обмін ділянками двох негомологічних хромосом - це реципрокні транслокації (рис. 4.5). При цьому можуть об'єднатися дві центромерні області різних хромосом, тоді обмін веде до утворення дицентричної хромосоми (рис. 4.5, б). Така хромосома є прикладом перебудови, що не спадкується, - це хромосомна аберація, яка не є мутацією. Різновидом реципрокних транслокацій є робертсонівські транслокації - об'єднання двох акроцентричних хромосом (після дволанцюгового розриву в центромерних зонах) у мета- чи субметацентричну (рис. 4.5, в). При цьому кількість хромосом зменшується на одну: тільки одна половина кожної центромери містить елементи послідовності, важливі для утворення кінетохору під час мітозу, відповідно, фрагмент, що утворився шляхом з'єднання інших половин, втрачається.

Рис. 4.5. Реципрокні транслокації: без утворення дицентричної хромосоми (а); з утворенням дицентричної хромосоми (б); робертсонівська транслокація (в)

При нереципрокних транслокаціях, на відміну від інсерцій, ділянка однієї хромосоми приєднується до кінця іншої (за умови порушення теломерної зони цієї іншої хромосоми).

Три типи геномних мутацій - гаплоїдія, поліплоїдія та анеуплоїдія - широко розповсюджені у тваринному й рослинному світі. Гаплоїдія - це зменшення вдвічі диплоїдного набору хромосом. Зворотним явищем є поліплоїдія - кратне гаплоїдному збільшення кількості хромосом. Клітина з трьома гаплоїдними наборами хромосом називається триплоїдною, чотирма - тетраплоїдною і т. д. Поліплоїдія може бути зумовлена або кратним збільшенням власних для даного виду хромосом (автополіплоїдія), або виникати за рахунок гібридизації, тобто об'єднання геномів різних видів (аллополіплоїдія).

Анеуплоїдія - це не кратна гаплоїдному набору зміна кількості хромосом. Найчастіше вона виявляється у збільшенні або зменшенні кількості копій однієї хромосоми, рідше - декількох. Анеуплоїдна клітина (чи організм), яка містить одну додаткову хромосому, має назву трисомік. Утрата однієї хромосоми приводить до моносомії, двох гомологічних хромосом - до нулісомії