Οι περισσότερες «σιωπηλές» γενετικές μεταλλάξεις είναι επιβλαβείς παρά ουδέτερες, ένα εύρημα με ευρέως διαδεδομένες επιπτώσεις

Πίστωση: Unsplash/CC0 Public Domain

Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, ο απόφοιτος του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, Μάρσαλ Νίρενμπεργκ, και μερικοί άλλοι επιστήμονες αποκρυπτογραφούσαν τον γενετικό κώδικα της ζωής, εντοπίζοντας τους κανόνες με τους οποίους οι πληροφορίες στα μόρια του DNA μεταφράζονται σε πρωτεΐνες, τα λειτουργικά μέρη των ζωντανών κυττάρων.


Αναγνώρισαν τις μονάδες τριών γραμμάτων στην αλληλουχία DNA, γνωστές ως κωδικόνια, που δηλώνουν καθένα από τα 20 Αμινοξέα που συνθέτουν πρωτεΐνες, έργο για το οποίο ο Nirenberg μοιράστηκε αργότερα το βραβείο Νόμπελ με άλλους δύο.

Περιστασιακά εμφανίζονται ορθογραφικά λάθη ενός χαρακτήρα σε ένα αρχείο γενετικός κώδικας, γνωστές ως σημειακές μεταλλάξεις, συμβαίνουν. Οι σημειακές μεταλλάξεις που αλλάζουν την προκύπτουσα πρωτεϊνική αλληλουχία ονομάζονται μη συνώνυμες μεταλλάξεις, ενώ αυτές που δεν αλλάζουν την πρωτεϊνική αλληλουχία ονομάζονται σιωπηλές ή συνώνυμες μεταλλάξεις.

μεταξύ ενός τέταρτου και ενός τρίτου του σημειακές μεταλλάξεις Οι αλληλουχίες DNA που κωδικοποιούν μια πρωτεΐνη είναι συνώνυμες. Δεδομένου ότι ο γενετικός κώδικας έχει σπάσει, αυτές οι μεταλλάξεις γενικά θεωρείται ότι είναι ουδέτερες ή σχεδόν έτσι.

Αλλά σε μια μελέτη που πρόκειται να δημοσιευθεί διαδικτυακά στις 8 Ιουνίου στο περιοδικό ιδιοσυγκρασία φύση Αυτό περιλάμβανε γενετικό χειρισμό των κυττάρων ζύμης στο εργαστήριο, οι βιολόγοι του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν έδειξαν ότι οι περισσότερες συνώνυμες μεταλλάξεις είναι εξαιρετικά επιβλαβείς.

Η ισχυρή μη ουδετερότητα των περισσότερων συνώνυμων μεταλλάξεων – εάν διαπιστωθεί ότι ισχύουν για άλλα γονίδια και σε άλλους οργανισμούς – θα έχει σημαντικές επιπτώσεις στη μελέτη των μηχανισμών ανθρώπινων ασθενειών, πληθυσμών και προστασία της βιολογίαςΚαι το εξελικτική βιολογίασύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης.

Είπε ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Jianzhi “George” Zhang, Marshall W. Καθηγητής Οικολογίας και Εξελικτικής Βιολογίας στο UM.

“Επειδή πολλά βιολογικά συμπεράσματα βασίζονται στην υπόθεση ότι οι συνώνυμες μεταλλάξεις είναι ουδέτερες, η ακύρωσή τους έχει ευρείες επιπτώσεις. Για παράδειγμα, οι συνώνυμες μεταλλάξεις γενικά αγνοούνται στη μελέτη των μεταλλάξεων που προκαλούν ασθένειες, αλλά μπορεί να είναι ένας κοινός και υποτιμημένος μηχανισμός.”

Την τελευταία δεκαετία, ανέκδοτα στοιχεία έδειξαν ότι ορισμένες συνώνυμες μεταλλάξεις είναι μη ουδέτερες. Ο Zhang και οι συνάδελφοί του ήθελαν να μάθουν αν τέτοιες περιπτώσεις ήταν η εξαίρεση ή ο κανόνας.

Επέλεξαν να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα στην αναδυόμενη ζύμη (Saccharomyces cerevisiae) επειδή ο μικρός χρόνος σχηματισμού του οργανισμού (περίπου 80 λεπτά) και το μικρό μέγεθος τους επέτρεψαν να μετρήσουν τα αποτελέσματα ενός μεγάλου αριθμού διαδοχικών μεταλλάξεων σχετικά γρήγορα, με ακρίβεια και εύκολα.

Χρησιμοποίησαν την επεξεργασία γονιδιώματος CRISPR/Cas9 για να δημιουργήσουν περισσότερα από 8.000 στελέχη μεταλλαγμένης ζύμης, το καθένα από τα οποία φέρει μια συνώνυμη, μη συνώνυμη ή μη συνώνυμη μετάλλαξη σε ένα από τα 21 γονίδια που στόχευσαν οι ερευνητές.

Στη συνέχεια μέτρησαν την «καταλληλότητα» κάθε μεταλλαγμένου στελέχους μετρώντας πόσο γρήγορα αναπαράγεται σε σχέση με το μη μεταλλαγμένο στέλεχος. Η Δαρβινική φυσική κατάσταση, με απλά λόγια, αναφέρεται στον αριθμό των απογόνων που έχει ένα άτομο. Σε αυτή την περίπτωση, η μέτρηση των αναπαραγωγικών ρυθμών των στελεχών ζύμης έδειξε εάν οι μεταλλάξεις ήταν ωφέλιμες, επιβλαβείς ή ουδέτερες.

Προς έκπληξή τους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το 75,9% των συνώνυμων μεταλλάξεων ήταν σημαντικά επιβλαβείς, ενώ το 1,3% ήταν σημαντικά ωφέλιμο.

«Προηγούμενες ιστορίες για μη ουδέτερες συνώνυμες μεταλλάξεις αποδεικνύεται ότι είναι η κορυφή του παγόβουνου», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Xukang Shen, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής ερευνητής βοηθός στο εργαστήριο του Zhang.

«Μελετήσαμε επίσης τους μηχανισμούς με τους οποίους οι συνώνυμες μεταλλάξεις επηρεάζουν τη φυσική κατάσταση και βρήκαμε ότι τουλάχιστον ένας λόγος είναι ότι οι συνώνυμες και μη μεταλλάξεις αλλάζουν το επίπεδο της γονιδιακής έκφρασης και η έκταση αυτής της έκφρασης προβλέπει το αποτέλεσμα της φυσικής κατάστασης».

Ο Zhang είπε ότι οι ερευνητές γνώριζαν ήδη, με βάση ανέκδοτες αναφορές, ότι ορισμένες από τις συνώνυμες μεταλλάξεις ήταν πιθανό να είναι μη ουδέτερες.

«Αλλά ήμασταν σοκαρισμένοι από τον μεγάλο αριθμό αυτών των μεταλλάξεων», είπε. «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι συνώνυμες μεταλλάξεις είναι σχεδόν εξίσου σημαντικές με τις μη συνώνυμες μεταλλάξεις στην παθογένεση και απαιτούν ενισχυμένες προσπάθειες για την πρόβλεψη και τον εντοπισμό συνωνύμων που προκαλούν ασθένειες. μεταλλάξεις. “

Η ομάδα υπό την ηγεσία του UM είπε ότι ενώ δεν υπάρχει οριστικός λόγος να περιοριστούν τα ευρήματά τους στη ζύμη, απαιτούνται επιβεβαιώσεις σε διάφορους οργανισμούς για να επαληθευτεί η γενικότητα των ευρημάτων τους.

Άλλοι συγγραφείς του ιδιοσυγκρασία φύση Ο Siliang Song από το Τμήμα Οικολογίας και Εξελικτικής Βιολογίας του UM και ο Chuan Li από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ διδάσκουν.


Η εξέλιξη αποσιωπά τις επιβλαβείς μεταλλάξεις


περισσότερες πληροφορίες:
Jianzhi Zhang, οι συνώνυμες μεταλλάξεις σε αντιπροσωπευτικά γονίδια ζυμομύκητα είναι ως επί το πλείστον έντονα μη εξουδετερωτικές, ιδιοσυγκρασία φύση (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04823-w. www.nature.com/articles/s41586-022-04823-w

το απόσπασμα: Οι περισσότερες «σιωπηλές» γενετικές μεταλλάξεις είναι επιβλαβείς και όχι ουδέτερες, εύρημα με ευρείες επιπτώσεις (2022, 8 Ιουνίου) Ανακτήθηκε στις 8 Ιουνίου 2022 από τη https://phys.org/news/2022-06-silent-genetic-mutations -neutral -broad.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Έφτασε η "Περίοδος Eclipse" και πλησιάζουν τα δύο μεγαλύτερα αστρονομικά γεγονότα το 2021

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *