Rodzaje mutacji genowych - na czym polegają i czym polegają i czym się różnią?

Mutacje określa się jako nagłe, losowe zmiany występujące w materiale genetycznym komórki. Zmiany te powstają spontanicznie lub wywołane są przez czynniki mutagenne. Część mutacji jest dziedziczona a inne powstają w komórkach de novo. Mutacje są przyczyną wrodzonych chorób genetycznych i chorób nowotworowych. W artykule wyjaśniamy w jaki sposób dochodzi do powstania mutacji, jakie rodzaje mutacji wyróżniamy oraz opisujemy badania umożliwiające wykrycie tych zmian genetycznych.

Rodzaje mutacji genowych

Mutacje powodują występowanie zmian w obrębie materiału genetycznego człowieka (DNA). Zmiany te dotyczą pojedynczych genów (mutacje genowe), struktury chromosomów (abberacje strukturalne chromosomów), obejmują zmiany w liczbie pojedynczych chromosomów lub polegają na zwielokrotnieniu garnituru chromosomowego (zmiany liczbowe – mutacje genomowe). W przypadku mutacji genowych dochodzi do zamiany sekwencji nukleotydów, czego konsekwencją jest zmiana aminokwasów w strukturze białka. Mutacje genowe dzieli się na:

• mutacje punktowe nazywane również mutacjami jednej pozycji lub mutacjami prostymi, polegające na zamianie jednego nukleotydu na inny. Mutacje punktowe dzieli się na tranzycje czyli zmianę pirymidyny w pirymidynę lub puryny w purynę (A -> G, G -> A, C -> T, T -> C) oraz transwersje, będące zmianami puryny w pirymidynę i pirymidyny w purynę (A -> C, A -> T, G -> C, G -> T, C -> A, C -> G, T -> A, T -> G)
• delecje – polegające na wycięciu (utracie) jednego lub kilku nukleotydów
• insercje – polegające na wstawieniu jednego lub kilku nukleotydów do materiału genetycznego

Skutki występowania mutacji są zróżnicowane i zależą od rodzaju i lokalizacji zmiany genetycznej w genomie. Mutacje najczęściej kojarzone są ze zmianami niekorzystnymi, które negatywnie wpływają na funkcjonowanie organizmu, powodują śmierć (mutacje letalne) lub choroby, jednak część mutacji może pozytywnie wpływać na zdrowie, ułatwiając przystosowanie się organizmu do warunków środowiska. Część z mutacji (mutacje ciche) nie wywiera żadnego wpływu na funkcjonowanie organizmu człowieka.

Jak powstają mutacje genowe?

Przyczyną wystąpienia mutacji genowych może być spontaniczny błąd na etapie replikacji DNA lub mutageny chemiczne i fizyczne oddziałujące na organizm człowieka. Mutageny wywołują mutacje trzema sposobami:

• reagują bezpośrednio z materiałem genetycznym powodując zmiany w strukturze DNA, a w konsekwencji zaburzenia procesu replikacji,
• działają pośrednio na DNA, nie wpływają na jego strukturę ale powodują powstawanie w organizmie np. nadtlenków, wolnych rodników czyli substancji które mają bezpośrednie działanie mutagenne,
• działają jako analogi zasad, przez co są mylone z purynami i pirymidynami oraz błędnie wykorzystywane w syntezie nowego DNA.

Najważniejsze mutageny fizyczne to promieniowanie nadfioletowe (UV) oraz promieniowanie jonizujące. Do mutagenów chemicznych zalicza się m.in. pestycydy, niektóre kwasy, barwniki wiążące DNA (bromek etydyny), toksyny wytwarzane przez niektóre gatunki grzybów, benzopiren w dymie tytoniowym, kolchicynę, cisplatynę.      

Mutacja w genie a nowotwór

Mutacje genowe są przyczyną występowania chorób nowotworowych, powodują one niekontrolowany wzrost i różnicowanie komórek oraz zaburzenia procesów regulacji śmierci komórkowej. U większości pacjentów onkologicznych mutacje genowe wywołujące nowotwór powstały w sposób spontaniczny lub indukowany czynnikami mutagennymi. W około 10% przypadków pacjentów, mutacja została odziedziczona (np. dziedziczny rak piersi, rak jajnika – mutacje zazwyczaj dotyczą genów BRCA1, BRCA2, PALB2, CHEK2, TP53, NOD2). Wykrycie mutacji zwiększającej ryzyko zapadalności na nowotwór nie musi oznaczać wyroku, ale daje możliwość podjęcia odpowiednich kroków aby zminimalizować ryzyko rozwoju choroby.

Sprawdź nasz badania:

e-Pakiet nowotwory u kobiet, rozszerzony – badania genetyczne

e-Pakiet nowotwory u mężczyzn, rozszerzony – badania genetyczne

Diagnoza nowotworu

Metody diagnostyczne umożliwiające wykrycie nowotworu oraz określenie stopnia zaawansowania choroby są różne i zależą m.in. od rodzaju nowotworu i jego lokalizacji. Stałym elementem diagnostyki onkologicznej jest badanie histopatologiczne. Zastosowanie znajdują również badania obrazowe (USG, rezonans magnetyczny, tomografia komputerowa), badania biochemiczne i morfologiczne krwi oraz badania molekularne. 

Badania w zakresie mutacji 

Metody genetyczne wykrywania mutacji dzieli się na takie, które pozwalają zidentyfikować czy w danym materiale genetycznym występuje znana, konkretnie wyszukiwana mutacja lub metody umożliwiające zbadanie próbki pod kątem poszukiwanych, niezdefiniowanych mutacji. Dowolną mutację można wykryć za pomocą metody sekwencjonowania DNA (sekwencjonowanie metodą Sangera, sekwencjonowanie nowej generacji – NGS). Innymi metodami wykorzystywanymi w diagnostyce molekularnej są m.in. reakcje PCR, MLPA, mikromacierze.

Bibliografia:      

1. G. Drewa, T. Ferenc, Genetyka medyczna, Podręcznik dla studentów. Wydawnictwo: URBAN & PARTNER, Wrocław 2011.
2. L.B. Jorde i in., Genetyka medyczna, Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2012.
3. J. Bal. Genetyka medyczna i molekularna. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2017
4. T.A. Brown, Genomy. Wydawnictwo PWN, Warszawa 2017.