АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Частоты кодонных мутаций

Какова вероятность мутирования данного кодона в определенном направлении, приводящего к замене одной аминокислоты на другую?

Первая попытка ответить на этот вопрос. Один из авторов данной книги (А. Мотульски) когда-то писал [1563]:

«В идеале такие расчеты можно проводить самым прямым путем, определяя частоту данного варианта в популяции и тестируя родителей. В большинстве случаев один из родителей передаст вариант своему ребенку. Можно предполагать, что в семьях, где оба родителя нормальны (не исключая при этом возможность ложного отцовства), произошла мутация de novo».

В то время когда проводились описанные ниже расчеты, еще не было результатов крупномасштабных популяционных исследований, выполненных с применением электрофореза. Поэтому частоту мутаций приходилось оценивать более косвенным путем по частоте редких вариантов в популяции (1:2000), т.е. по доле возможных вариантов, выявляемых с помощью электрофореза, и немногим мутациям, обнаруженным при изучении одной определенной группы вариантов, приводящих к метгемоглобинемиям, обусловленным НbМ различных типов.

Оценка порядка величины частоты кодонных мутаций, полученная для определенной нуклеотидной замены с учетом всех этих моментов, составила

μⁿ = 2,5 х 10^–9.

Это число представляет собой вероятность замещения данного основания другим определенным основанием, в результате которого одна аминокислота меняется на другую. Такой же косвенный подход применялся в работе, выполненной позднее и обобщившей материалы о мутациях de novo в случае НbМ и нестабильных гемоглобинов, идентифицированных как мутанты de novo [1643] (см. также разд. 5.1.3.3); в ней было проведено сравнение числа больных, выявленных в данной стране, с общим числом индивидов, родившихся в этой стране в течение одного или двух поколений. Авторы отдавали себе отчет в том, что оценка, основанная на столь ограниченных данных, может дать только очень грубое приближение к реальной величине. При ее вычислении предполагалось, например, что они действительно обнаружили всех больных, родившихся в этих популяциях на протяжении определенного временного периода. С другой стороны, неясно, все ли больные, изучавшиеся в этой работе, на самом деле являются мутантами de novo; тестирование на отцовство проводилось только для 19 из 55 обследованных больных. При всех этих оговорках, частота мутаций для отдельных нуклеотидов оказалась равной 5,3 х 10^–9 в случае нестабильных гемоглобинов de novo, 10,0 х 10^–9 в случае а-мутантов и 18,9 х 10^–9 в случае β-мутантов, откуда следует, что частота нуклеотидных мутаций в случае мутаций de novo, возникших в β-цепи, вычисленная на основе объединенных данных о нестабильных Нb и β-мутантах, равна 7,4 х 10^–9. Теперь эту оценку можно экстраполиро-

186 5. Мутации

вать на весь ген Нbβ (исключая, конечно, мутации других типов и в особенности те из них, которые происходят вне транскрибируемого участка ДНК и приводят к β-талассемиям). Частота, полученная в результате такой экстраполяции, составляет 8,6 х х 10^–6 на ген β-цепи. Повторяем еще раз, что эта оценка представляет собой очень грубое первое приближение к фактической частоте, основанное на скудных данных и произвольной экстраполяции.

Оценка частоты кодонных мутаций была получена с применением совершенно иного (и тоже косвенного) подхода - из скорости эволюции глобиновых псевдогенов, поскольку было показано, что в отсутствие отрицательного отбора скорость замены кодона в процессе эволюции равна частоте мутаций (см. обсуждение «нейтралистской» гипотезы Кимуры в разд. 7.2.3). Итоговая оценка, равная 5 х 10^–9, удивительно сходна с другими оценками.

Оценка на основе более прямых данных. В Японии получены данные о громадной популяционной выборке, состоящей из нескольких сотен тысяч человек, использовавшиеся для оценки частоты мутаций [1498; 1510; 1702; 1511]. Частота редких вариантов в этой выборке равна 1:5000, а доля мутаций de novo среди всех вариантов составляет 1/12. Отсюда следует, что частота кодонных мутаций равна μⁿ = 5х10^–9. Четыре полученные оценки, несмотря на то что данные, на основе которых они вычислялись, очень ограниченны, удивительно хорошо согласуются друг с другом.

При тестировании новорожденных на наследственные болезни метаболизма был обнаружен и подтвержден проверкой отцовства один мутант de novo-вариант Hbα (из 25 000 образцов, проанализированных на варианты гемоглобинов) [1373]. Теоретически этот подход позволяет обнаружить мутации в десяти родительских генных локусах (1β, 2α и 2γ у каждого родителя), однако электрофоретический метод не выявляет всех имеющихся мутаций.

Как сравнивать частоты кодонных мутаций с оценками, основанными на признаках фенотипического уровня? Сравнение этих оценок с оценками частот мутаций, рассчитанными по данным о специфических фенотипах (табл. 5.8), показывает, что все последние имеют один порядок ≈ 1 х 10‑⁵. Однако эти частоты основаны на материалах об относительно распространенных фенотипах, хорошо подходящих для расчетов частот мутаций. Как было показано выше, средняя частота возникновения мутаций в случае визуально диагностируемых патологических фенотипов, вероятно, ближе к 1 х 10^–6 на гамету, чем к 1 х 10^–7 или более низкой величине (разд. 5.1.3.2). Эта величина приблизительно в 40-400 раз больше оценок частот кодонных мутаций, однако на первый взгляд она вполне сравнима с приведенной выше оценкой для гена Hbβ, полученной в результате экстраполяции. Очевидно, это объясняется тем, что классические фенотипы представляют собой результат большого числа мутационных событий, произошедших в одном гене. Как показало изучение полипептидных цепей, есть гены более длинные и более короткие. Кроме того, 100-1000-кратные различия по порядку величины между частотами кодонных и генных мутаций вполне соответствуют теоретически ожидаемым, если вспомнить, что некоторые мутации гемоглобинов не приводят к сколько-нибудь выраженному изменению фенотипа. Однако при проведении таких сравнений нужно учитывать следующее:

1) некоторые фенотипы, перечисленные в табл. 5.8, возможно, сформировались под влиянием двух или даже большего числа генетических факторов;

2) опыт медико-генетического изучения вариантов гемоглобина показал, что не все мутации одного и того же гена должны приводить к идентичным или даже похожим фенотипам. Фенотип, возникший в результате мутации, зависит скорее от специфического функционального изменения соответствующего белка (разд. 4.3). Например, мутация в гемоглобиновых генах может приводить к гемолитическим анемиям, эритроцитозу или вообще не вызывать никаких клинических симптомов. Не удивительно, если окажется, что различия между частотами «классических» мутаций для разных фенотипов объясняются тем, что в случае одних генов очень многие или даже

5 Мутации 187

почти все мутации приводят к одному и тому же специфическому фенотипу, тогда как в случае других генов изучаемый фенотип возникает в результате однойединственной или очень немногих мутаций Кроме того, гены различаются по длине

Ожидаемое в ближайшее время увеличение производства ДНК-зондов поможет решить эти проблемы в ходе исследований на уровне ДНК

Относительные частоты мутаций разных молекулярных типов в гемоглобиновых генах. Как отмечалось выше и подробно разъяснялось в разд 4 3, мутации, изменяющие гемоглобиновые гены, можно разделить на различные молекулярные типы Приняв предположение, что относительные числа мутаций разного типа, зарегистрированных к настоящему времени, более или менее репрезентативны в отношении средней частоты их возникновения, мы можем оценить относительные частоты мутаций (рис 5 23) Эти относительные частоты мутаций дают лишь грубое приближение к фактическим величинам Основными источниками смещения являются (1) широкие доверительные интервалы частот кодонных мутаций для отдельных аминокислотных замен и (2) смещения, связанные с выявлением у человека вариантов гемоглобина, принадлежащих к разным типам Тем не менее по относительному порядку величин оценки для мутаций различных типов могут быть вполне точными Например, весьма вероятно, что отдельные аминокислотные замены происходят довольно часто, делеции - гораздо реже, а элонгация цепей - событие очень редкое

На первый взгляд наиболее разительное отличие в характере распределения мутаций гемоглобина и распределения мутаций у микроорганизмов заключается в редкости возникновения у человека мутаций сдвига рамки считывания У бактерий большинство мутаций, поддающихся биохимическому анализу, представлено именно мутациями сдвига рамки считывания [1698], а у бактериофагов они составляют большую часть мутаций, зависящих от репликации [53] Кроме того, нет оснований предполагать, что из всех возможных делеций, происходят лишь те, которые включают три или кратное трем число пар нуклеотидов Очевидно, что делеций многих пар нуклеотидов будут часто приводить к сдвигам рамок считывания На рис 5 23 это смещение скорректировано посредством умножения наблюдаемой частоты делеций на 3 Одна-

Рис. 5.23. Относительные доли и вероятные мутационные частоты для отдельных нуклеотидных замен, приводящих к заменам амино кислот, делеций на молекулярном уровне, мутаций типа Лепоре (аномальных рекомбинаций), мутаций сдвига рамки считывания и элонгации цепей. Число мутаций, нарушающих сплайсинг, по порядку величины равно числу неточковых мутаций (см раздел 4 3)

188 5. Мутации

ко полученная величина оказалась по-прежнему гораздо меньше частоты замен отдельных аминокислот. Такая нехватка делеций отчасти может быть обусловлена пониженной выживаемостью. С другой стороны, спектр мутаций, выявленных у бактерий и фагов, смещен в противоположном направлении. Многие одиночные аминокислотные замены остаются незамеченными, так как они не приводят к обнаружимому фенотипическому эффекту [1698]. Например, мы можем выявить только 10% мутаций, возникающих, по имеющимся данным, в гистидиновом локусе Salmonella, благодаря их летальности; все остальные - это такие замены оснований, которые или не имели никакого эффекта, или лишь частично инактивировали генные локусы и не выявляются при тестировании [1374, 1512, 1695].

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 458 | Нарушение авторских прав