Материал: Основы молекулярной генетики (методич. рекомендации)

Последние следует отличать от псевдогенов - участков ДНК, чрезвычайно схожих с функционально активными генами, но неспособных экспрессироваться в нормальный продукт вследствие грубых мутаций.

Информация о первичном продукте гена записана в виде трехбуквенного кода, составленного из первых букв названий четырех азотистых оснований.

Свойства генетического кода:

1.Триплетность. Единицей кодирования генетической информации является триплет ДНК (или кодон иРНК) – последовательность из трех нуклеотидов, несущая какую-либо биологическую информацию. Всего в составе генетического кода имеется 43 , т.е. 64 триплета ДНК.

2.Однозначность. Каждый из 61 кодирующего триплета соответствует одной аминокислоте. Оставшиеся 3 триплета (АТТ, АТЦ, АЦТ) называются триплеты-терминаторы, они служат сигналом окончания считывания информации.

3.Вырожденность. Одну и ту же аминокислоту могут кодировать два и более (до 6) триплетов. Только две аминокислоты имеют по одному триплету

-метионин (ТАЦ) и триптофан (АТА).

4.Непрерывность. Начиная с определенной стартовой точки (первого нуклеотида в составе стартового триплета), триплеты считываются непрерывно без остановок до точки терминации. Положение первого нуклеотида стартового триплета (или кодона) определяет рамку считывания.

Число возможных рамок считывания равно трем, поскольку генетический код триплетен.

5. Неперекрываемость. Каждый нуклеотид входит в состав только одного триплета. С одного гена считывается только одна информация, т.е.

используется только одна рамка считывания.

6. Линейность. Считывание информации происходит последовательно – триплет за триплетом в направлении от 5’ –конца к 3’-концу.

7. Колинеарность. Соответствие последовательности триплетов нуклеотидов в ДНК последовательности нуклеотидов в молекулах РНК и последовательности аминокислот в полипептидах.

8. Универсальность. У всех живых организмов одинаковые триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.

Ген, как функциональная единица генетической информации, включает информативную и регуляторную части.

Информативная часть гена имеет мозаичную структуру, где кодирующие последовательности нуклеотидов (экзоны) разделяются вставками некодирующих нуклеотидов (интронами). Границы между ними назыаются

сайты сплайсинга. Число и размеры экзонов и интронов в разных генах варьируют, однако суммарный объем интронов в генах, как правило,

значительно превышает количество экзонов. Биологическое значение экзонов состоит в том, что именно они соответствуют доменам кодируемого белка. Интроны же необходимы для того, чтобы, во-первых, играть роль

«ловушек» или «мишеней» для мутагенных факторов, а, во-вторых,

обеспечивать кроссинговер без разрыва кодирующих фрагментов. Таким образом, интроны играют антимутационную роль.

Рис.3. Структура информативной части гена.

Регуляторная часть гена представлена особыми сигнальными последовательностями, расположенными до и после собственно информативной части гена и, в частности, способствуют правильной установке рамки считывания нуклеотидов.

Каждая молекула ДНК содержит как минимум несколько десятков генов.

Ген, занимая определенный участок молекулы ДНК (или локус в хромосоме),

отделяется от других генов межгенными участками нуклеотидов, или

спейсерами.

Процесс передачи генетической информации (экспрессия гена)

определяется центральной догмой молекулярной биологии:

Путь от гена к белку представляет собой сложный процесс, содержащий несколько этапов:

●Транскрипция – образование преРНК путем «переписывания»

нуклеотидной последовательности гена по принципу комплементарности; ● Процессинг – созревание преРНК в зрелую информационную молекулу

путем ее стабилизации и сплайсинга - «вырезание» интронов и «сшивание» экзонов.

● Трансляция – сборка молекулы белка по матрице иРНК на рибосоме в цитоплазме.

При обозначении гена и его белкового продукта для разграничения этих понятий в литературе принято обозначать символ гена курсивом, а символ соответствующего белка – обычным шрифтом. Например, «FRDA» -

обозначает ген атаксии Фридрейха, а символ «FRDA» - соответствующий данному гену белок (фратаксин).

Генные мутации

Генные мутации выражаются в изменении нуклеотидного состава гена,

они не препятствуют образованию гамет в мейозе и потому передаются в поколениях согласно основным типам наследования. Впервые возникшие мутации называются mutatio de novo. Мутация в гене может локализоваться

в экзонах, интронах, сайтах сплайсинга и регуляторных участках.

Классификация генных мутаций

Мутации делятся на несколько видов.

I.По протяженности:

Точковые мутации (вовлечение 1-ого или 2-х соседних нуклеотидов): 1. Нуклеотидные замены:

миссенс-мутация – замена нуклеотида приводит к изменению кодона и, соответственно, шифруемой аминокислоты.

нонсенс-мутация – замена нуклеотида приводит к смене информационного кодона на стоп-кодон, что ведет к преждевременному обрыву трансляции и синтезу «усеченного» белка.

2. Мутации со сдвигом рамки считывания (shiftframe):

инсерции – вставка 1-2 нуклеотидов

делеции – выпадение 1-2 нуклеотидов

дупликации – удвоение 1-2 нуклеотидов

Поскольку количество нуклеотидов при этих мутациях не кратно трем, то нарушается правильный отсчет кодирующих триплетов и все последующие триплеты имеют другой аминокислотный смысл, что приводит к синтезу

«бессмысленного» белка.

3.Сплайсинговые мутации – мутации в сайтах сплайсинга, приводящие к нарушению процесса «вырезания» интронов при созревании мРНК и синтезу аномального белка.

4.Регуляторные мутации – локализуясь в регуляторных зонах гена, влияют на степень экспрессии гена.

Структурные мутации. По протяженности включают несколько нуклеотидов и могут включать делеции, инсерции, дупликации. Клиническая значимость этих мутаций определяется

протяженностью (чем больше нуклеотидов вовлекается, тем тяжелей проявления);

влиянием на рамку считывания (in-frame или out-frame);

локализацией по отношению к активным центрам кодируемого белка.

II.По патогенетическому эффекту:

Ведущие к снижению/потере функции (loss-of-function) – любые мутации,

ведущие к ингибированию синтеза белка (чаще характерно для заболеваний с аутосомно-рецессивным типом наследования).

Ведущие к усилению/появлению новой функции (gain-of-function) – мутации,

приводящие к появлению новых свойств у продукта гена, часто цитотоксических (характерно для аутосомно-доминантных заболеваний с экспансией тринуклеотидных повторов).

Доминантно-негативные мутации (dominant negative effect) - мутации,

продукт которых ингибирует функцию нормального аллеля (аутосомно-

доминантные заболевания, гены которых кодируют фибриллярные белки).

Изменяющие дозу гена (gene dosage effect) – мутации по типу делеций или дупликаций.

Мутации, ведущие к количественным изменениям продукта гена. Возникают чаще при локализации мутации в регуляторной зоне гена.