Utgångspunkt 5: Mutationer

I början av terminen har vi pratat väldigt mycket om DNA, gener, hur gener uttrycks, olika mutationer och vilka metoder som finns för DNA-analys, Basgruppsträffar, föreläsningar och laborationer har handlat om samma ämnen. Här tänkte jag presentera mina anteckningar från en av våra basgruppsträffar.

En av utgångspunkterna till våra basgruppsträffar handlade just om mutationer. Vi fick ett papper med bilder på DNA och gener, och dessutom en massa ord som ”deletion” och liknande. Utifrån bilderna och orden på utgångspunkten fick gruppen brainstorma, precis som man gör när man läser PBL, och komma fram till en massa ord som vi tänkte på när vi såg utgångspunkten. Utifrån de orden bestämde vi att frågorna vi ville svara på var:

  1. Vad finns det för mutationer? Vilka är deras konsekvenser?
  2. Hur orsakas olika mutationer?
  3. Hur förs mutationen vidare/inte vidare? (tänk utifrån ett evolutionsperspektiv)
  4. Vad kan lokalisationen ha för betydelse och hur skyddar DNA/cellerna/kroppen sig mot mutationer?

Efter basgruppsträffen skildes vi åt, och var och en gick hem och läste på. Vi hade lite olika källor när vi svarade, ibland kanske vi använt oss av samma källa. Men det är ju roligare om man använt olika källor och kan ”lappa ihop” sitt arbete med de andras arbeten så att den gemensamma kunskapen blir större av att samarbeta. Här kommer mina anteckningar!

Vad finns det för mutationer? Vilka är deras konsekvenser?

En mutation är en förändring i DNA:s bassekvenser. Det resulterar vanligtvis i att en annan aminosyra är den tänka uppträder i ett protein. Det är resultatet av en av tre molekylära förändringar: bassubstitution, ramskiftesmutation och när transporer eller insertionssekvenser är integrerade i DNA.

Bassubstitution; när en aminosyra byter plats med en annan. Detta sker i samband med DNA-replikation därför att DNA-polymeraset gör ett fel eller för att en mutagen förändrar vätebindningen på basen som används som mall, på ett sådant sätt att fel fas förs in. När bassubstitutionen leder till skapandet av ett kodon som sätter in en annan aminosyra kallas mutationen missense-mutation. Om bassubstitutionen skapar ett stoppkodon som stoppar proteinsyntesen kallas det för nonsensmutation.

Ramskiftesmutation; när ett eller flera baspar antingen läggs till eller tas bort, vilket skiftar läsramen för ribosomen och resulterar i inkorporering av felaktiga aminosyror ”nedströms” från mutationen och i produktionen av ett inaktivt protein.

När transposoner eller insertionssekvenser är integrerade i DNA. Dessa nyligen införda bitar i DNA kan leda till djupgående förändringar i de gener de binder till, och i angränsande gener.

Depurination – depurinerna kan släppa. En NH-grupp kan trilla bort från baserna. Denatureras. Det blir en annan bas.

Hur orsakas olika mutationer?

Mutationer kan orsakas av kemikalier, strålning från röntgen och ultraviolett ljus, och virus.

Vad ger orsakerna för mutationer?

Kemikalier; t.ex. salpetersyra och alkylerande medel kan ändra den befintliga basen så att den bildar en vätebindning med del bas. Adenin kan t.ex. hänga ihop med cytosin.

5-bromuracil och en del andra kemikalier är s.k. basanaloger. De liknar vanliga baser. Bromatomen har en atomradie liknande den för en metylgrupp, och därför kan 5-bromuracil införas i stället för tymin (5-metyluracil). Men 5-bromuracilens vätebindningar är mindre exakta än tyminets och binder därför med större frekvens. Detta resulterar i att basparet AT parar till basparet GC. Det blir en mutation. Det antivirala läkemedlet jododeoxyuridin fungerar som en bas analog med tymidin.

Adenin kan para till T eller C, kan ändra form. Utan andra ämnens inlägg, sker spontant. Benzpyrene som finns i cigarettrök binder till våra DNA-baser och orsakar ramskiftningsmutationer. Sådana ämnen är cancerframkallande och mutagena tränger sig in mellan intilliggande baser. Det gör att DNA-sekvensen blir snedvriden och satt åtsidan.

Röntgenstrålar; har hög energi och kan skada DNA på tre sätt; genom att bryta de kovalenta bindningar som håller samman ribos-fosfat-kedjan, genom att producera fria radikaler som kan angripa baserna och genom att förändra elektronerna i baserna och därmed ändra deras vätebindningar. Ultraviolett ljus; har lägre energi än röntgenstrålar. De orsakar tvärbindningar mellan de intilliggande pyramidinbaserna, och får dem att bilda dimers (molekyl eller molekylkomplex som består av två identiska molekyler som binds samman). Detta gör att DNA inte kan replikeras på ett korrekt sätt.

Interkalierande ämnen kiilar sig fast mellan baserna.

Vissa virus, så som bakterieviruset Mu (mutator bakteriofag) orsakar en hög frekvens av mutationer när deras DNA sätts in i en bakteriekromosom. Eftersom virus-DNA kan sättas in i många olika platser kan många olika typer av mutationer uppstå. Dessa mutationer är antingen ramskiftesmutationer eller deletioner. Deletion är en form av ramskiftesmutation.

Deletion innebär att en del av en kromosom saknas. Duplikation innebär att en del av en kromosom har kommit med två gånger. De flesta deletioner och duplikationer sker under meios och är ett resultat av felställning eller obalans under parning av homologa kromosomer.

Inversion uppstår när det finns två avbrott i samma kromosom. Det tillsatta (inverterade) genetiska materialet sätts in innan brotten är reparerade. Inget genetiskt material försvinner eller mångfaldigas, förändras genens funktion. Det finns två typer av inversion; pericentrisk och paracentrisk.

Pericentrisk inversion är när brotten sitter på varsin arm av kromosomen, så att det inverterade kromosommaterialet inkluderar centromen. Detta orsakar problem när kromosomerna radar upp sig under meiosen, och därför är risken stor att befruktade ägg och avkomma blir onormal.

Paracentrisk inversion. Det inverterade materialet är bara från en kromosom-arm. Centromen finns inte bland det inverterade materialet. Bäraren av denna inversion får antingen normala könsceller eller könsceller som är så avvikande att de utesluter befruktning. Infertilitet kan vara ett problem, men avkomman brukar vara felfri.

Insertion är delar av DNA som kodar för enzymer för platsspecifik rekombination, och har speciella nukleotidsekvenser vid sina ändar. Olika insertioner har olika ändar. De har dock samma bassekvenser i ändarna, de sitter dock i olika ordning. Det är bara gener som flyttas runt (transposase) och som reglerar dess frekvens som inkluderas i insertion. De är därför de enklaste insertions-bitarna. Eftersom insertions-bitar endast innehåller gener för transposition är de svåra att upptäcka i en kromosom, om de inte sitter i en gen. Då blir det en mutation som förändrar och förstör genens aktivitet.

Translokation innebär att en bit av en kromosom bryts loss och binder till en annan kromosom. Dessa kromosomer kallas derivatkromosomer. Det finns två typer av translokation; ömsesidiga och Robertsonian. Ömsesidig translokation (kallas också dubbelsegmentstransloka) innebär att de sker två brott i två kromosomer, och att bitarna byter plats med varandra innan kromosomerna hinner bli hela. Om inga bitar försvinner eller läggs till kallas det balanserad translokation. Ibland kan vissa gener hamna fel, men oftast påverkas inte funktionen. Människor som bär på kromosomer som genomgått balanserad tranlokation kan få befruktade ägg med obalancerad translokation. Avkomman kan bli onormal. Robertsonian translokation innebär att de långa armarna på två akrocentriska kromosomer (kromosom 13, 14, 15, 21 och 21) smälter samman vid centromerna för att bilda en derivatkromosom. Men nästan alla robertsonian translokationer innefattar kromosom nummer 14. Fusionen vid centromerna resulterar i förlust av en centrom och satellitregioner som innefattar de korta armarna på varje kromosom. Dessa platser innehåller bara gener som kodar för ribosomalt RNA och finns i flera upplagor i andra kromosomer. Så länge de sammansmälta q-armarna är intakta, är bäraren av translokationen fenotypiskt normal. Eftersom antalet centromer avgör antalet kromosomer, har de som bär detta 45 kromosomer. Problem med reproduktion. Denna typ av translokation är vanlig.

Hur förs mutationen vidare/inte vidare? (Evolution)

Mutation är grunden för artvariation/rikedom. Detta kom man fram till genom forskning under 1900-talet. Mendels teori erbjuder en statistisk metod att räkna ut mutationers påverkan på arvsmassan.

Vad kan lokalisationen ha för betydelse och hur skyddar DNA/cellerna/kroppen sig mot mutationer?

UV-skador repareras av ett ämne som behöver ljus; fotolias. Klyver isär bindningarna mellan tymin och tymin. Mutationer kan repareras genom basic seasure repair; DNA-glykocynaser. Läser av, upptäcker fel kvävebas och låter rätt hamna där. Nucleotide exsition repair, stort enzymkomplex klipper bort större DNA-fel. DNA-polymeras korrekturläser nyligen ditsatta bitar så att de är rätt. 99 % av felen rättas till, sedan sker miss-match-reapair; hittar knöligheter i strängen. Klarar bra 99 % där med. Cellen har larmsystem -> för mycket mutation leder till ökad produktion till reparationsenzymer. P53 protein gör att fel DNA inte görs i fler upplagor, bromsar ner den delen. Om ännu mer fel; apoptos. P53 gäller bara eukaryota celler.

Sloppy DNA-polymeras; många cellskador minskar celldelningen för att vanligt polymeras är för upptaget med att laga alla celler, cellerna hinner inte dela sig. Då tillverkas nödpolymeras (Sloppy) som fäster på slumpmässiga nukleotider där det är en skada. Blir rätt i 25 % övriga 75 % mutation. Bättre med mutationer så att cellen kan dela sig, än för trasigt DNA. Om båda DNA-strängarna går av (röntgen) icke homolog end joining; 3 proteiner drar ihop, andra proteiner klipper av nukleotider i ändarna, klistrar ihop igen. Vissa baser deletion, lagning på det viset.

Kromosom 4

Monosomi 4q-syndromet är samlingsnamn för två varianter enligt nedan (interstitiell deletion 4q, interstitiell deletion av kromosom fyras lång arm). Uppstår i samband med medfödd förlust av kromosommaterial (deletion) på kromosom nr 4, den långa armen. Avvikelsen finns oftast på band nr 4q33. Leder till utvecklingsstörning och flera olika missbildningar.

Avvikelsen kallas olika beroende på var avvikelsen finns – centralt (interstitiell deletion 4q) eller i ändan på den långa armen (terminal deletion 4q). Avvikelsen finns oftast i kroppens alla celler, ibland bara på vissa (mosaicism). Deletionen uppkommer oftast i samband med könsdelning. Kan också uppstå om föräldrarna har en ombyggnad i sina kromosomer, en balanserad translokation.

Kromosom 20

Trisomi 20p-syndromet. Utvecklingsstörning, andra former av missbildning kan förekomma. Ett segment från q-armen i en av de två kromosomerna i par nr 20 har en extra uppsättning (duplikation).  25 % av dem som har avvikelsen har fått den i samband med könscellsdelning. Övriga har förälder med balanserad strukturell kromosomförändring, oftast translokation.

På könskromosomer blir det värst. Saknar betydelse om det hamnar i skräp-DNA. Kodar inte för protein, uttrycks ej. Ej så farligt om finns bara i en kromosom, värre om finns i båda. En gen som kodar för rätt protein är bättre. Könskromosomer – ingen reserv. Om träff i DNA som styr celldelning – > orsakar cancer. Krävs många mutationer för att man ska få cancer. Det finns cancer som inte sprider sig i kroppen också. Exempelvis någon form av hudcancer.

Källa:

Cold Spring Harbor Labaratory. DNA from the beginning. USA.

Cunningham, F G. et al. Williams Obstetrics, 23:dje upplagan.USA: The McGraw-Hill Companies, Inc. 2010.

Levinson, W. Medical microbiology & immunology. USA: McGraw-Hill Education 12:upplagan. 2012.

Ryan, K J. et al. Sherris medical microbiology. 5:te upplagan. USA: McGraw-Hill Education, Inc. 2012.

Socialstyrelsen. Monosomi 4q-syndromet. 

Socialstyrelsen. Trisomi 20p-syndromet. 

2 comments

  1. Hej!

    Jag undrar vad ni utgår ifrån på basgrupperna. Jag hittar inte BMA på EDIT(?). Medicinsk biologi finns med dock.

    MVH
    Anders

    1. Hej Anders,
      Jag är inte helt säkert på vad du menar. Vi har ju utgångspunkter som är förankrade i kursmålen. Det kan vara bilder, eller/och text som väcker tankar. Ibland är det ett svar från labbet med olika värden som ska tolkas…

Vad tycker du?