: 18.06.2022
Вопреки догмам, нейтральные мутации оказались вредными
Более полувека назад были установлены базовые свойства генетического кода, которые, как предполагалось, однозначно определяют процессы реализации наследственной информации. Но недавно ученые выяснили, что один из типов генетических мутаций вовсе не так безобиден, как считали все эти годы
Молекула ДНК, где хранится программа развития и функционирования живого организма, достаточно уязвима. В ней постоянно возникают повреждения как под действием факторов внешней среды, таких как ультрафиолетовое излучение, так и в процессе нормальной жизнедеятельности клетки, ведь обычная вода и кислород – довольно реакционноспособные соединения.
Ежедневно в каждой клетке появляются сотни тысяч повреждений ДНК (мутаций), и многие из них удается исправить в процессе репарации. Многие, но не все. Такие мутации (потери, вставки, замены участков ДНК) могут, к примеру, стать причиной развития рака или наследственных заболеваний у потомства.
Мутации могут затрагивать как крупные участки цепи ДНК, так и единичные «буквы»-нуклеотиды, из которых она состоит. Как известно, каждой из двадцати аминокислот, из которых строятся белки, соответствует «трехбуквенное» сочетание нуклеотидов – кодон. Если изменение коснулось только одной «буквы», мутацию называют точечной.
Точечные мутации могут менять кодировку одной аминокислоты на другую (несинонимичные миссенс-мутации), а некоторых случаях кодон вообще становится нерабочим (нонсенс-мутации). Однако от четверти до трети всех точечных мутаций никак не влияют на синтез белковой молекулы – это так называемые молчащие (синонимичные) мутации. Все дело в том, что кодоны не уникальны: одна и та же аминокислота может кодироваться разными кодонами. Это свойство генетического кода называют вырожденностью.
С самого момента открытия правил генетического кода такие молчащие мутации считались нейтральными, но в последнее десятилетие появились данные, которые заставили в этом усомниться. И недавно ученые из Мичиганского и Стэндфордского университетов (США) экспериментально исследовали, насколько такие мутации могут быть вредны или полезны на самом деле.
Объектом исследования стали обычные пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae): маленький размер и быстрый (около 80 минут) жизненный цикл этих одноклеточных эукариотических организмов позволили относительно быстро и точно измерить эффекты большого количества синонимичных мутаций.
С помощью метода редактирования генома CRISPR/Cas9 ученые создали более 8 тыс. мутантных штаммов дрожжей, каждый из которых нес один из трех типов мутаций (молчащую, миссенс- или нонсенс-) в разных генах. Затем исследователи оценили, были ли мутации полезными, вредными или нейтральными, измерив, насколько быстро размножается каждый мутантный штамм по сравнению с исходным.
К большому удивлению экспериментаторов, три четверти синонимичных мутаций оказались вредными, значительно понизив скорость размножения дрожжей, и лишь 1,3% – полезными. Как минимум один из механизмов этого эффекта удалось выяснить: как и несинонимичные, «молчащие» мутации часто меняли уровень активности мутантного гена (синтез мРНК, которая служит матрицей для синтеза белковой молекулы), что влияет на скорость размножения.
Конечно, эти результаты нужно проверить на более сложноорганизованных организмах, но ученые считают, что они, скорее всего, воспроизведутся. И если это так, то наши знания о многих аспектах эволюционной биологии и практической медицины придется пересмотреть. Ведь «молчащие» мутации обычно игнорируют при изучении причин генетических заболеваний, а именно они могут быть частым механизмом их развития.
Фото: https://pixabay.com, https://commons.wikimedia.org
: 18.06.2022 
