Tiché mutace jsou mutace DNA, které buď nevedou ke změně aminokyselinové sekvence bílkoviny, nebo vedou k vložení alternativní aminokyseliny s podobnými vlastnostmi, jako má původní aminokyselina. Tiché mutace se mohou objevit v nekódujících oblastech (mimo genů v intronech), nebo se mohou objevit v exonech. Výraz tichá mutace je často používán zaměnitelně s výrazem synonymní mutace; synonymní mutace jsou však podkategorií prvně jmenované, vyskytující se pouze v exonech. Mutace, které způsobují, že změněný kodon produkuje aminokyselinu s podobnou funkcí (tj. mutace produkující leucin místo isoleucinu), jsou často klasifikovány jako tiché; pokud jsou zachovány vlastnosti aminokyseliny, tato mutace obvykle významně neovlivní funkci bílkovin.
Tiché mutace a genetický kód
Většina aminokyselin je specifikována více kodony, které demonstrují, že genetický kód je degenerovaný. Kodony, které kódují stejnou aminokyselinu, jsou označovány jako synonyma. Tiché mutace jsou substituce bází, které nemají za následek žádnou změnu funkce aminokyselin nebo aminokyselin při převodu změněné RNA (mRNA). Pokud je například kodon AAA změněn tak, aby se stal AAG, stejná aminokyselina – lysin – bude začleněna do peptidového řetězce. Tiché mutace mohou být také vytvářeny inzercí nebo delecí, které způsobí posun čtecího rámce. Příklad toho je zobrazen s modifikací sekvence AUGAAAGAGACGU. Pokud by došlo k deleci na šesté pozici, sekvence by byla převedena na AUGAAGACGU. Pokud čtecí rámec začíná na první pozici peptidového řetězce, v kterékoli dané sekvenci by aminokyselina následující po počátečním kodonu AUG byla lysin. Takové frameshift mutace mohou vést k škodlivým účinkům na peptidový řetězec, včetně inzerce různých aminokyselin nebo předčasného zkrácení proteinu.
Protože tiché mutace nemění funkci bílkovin, je s nimi často zacházeno tak, jako by byly evolučně neutrální. O mnoha organismech je známo, že vykazují zkreslení v používání kodonů, což naznačuje, že existuje selekce pro použití určitých kodonů vzhledem k nutnosti translační stability. Dostupnost translační RNA (tRNA) je jedním z důvodů, proč tiché mutace nemusí být tak tiché, jak se konvenčně věří.
Pro každý kodon existuje jiná molekula tRNA. Například pro kodon UCU existuje specifická molekula tRNA a pro kodon UCC jiná specifická molekula, obě tyto skupiny kódují aminokyselinu serin. V tomto případě, pokud by bylo tisíckrát méně UCC tRNA než UCU tRNA, pak by inkorporace serinu do polypeptidového řetězce probíhala tisíckrát pomaleji, když by mutace způsobila změnu kodonu z UCU na UCC. Pokud by se transport aminokyseliny do ribozomu zpozdil, translace by se prováděla mnohem pomaleji. To může vést k nižší expresi konkrétního genu obsahujícího tuto tichou mutaci, pokud by se mutace vyskytla uvnitř exonu. Navíc, pokud by ribozom musel čekat příliš dlouho na přijetí aminokyseliny, mohl by ribozom předčasně ukončit translaci.
Strukturální důsledky tichých mutací
Nesynonymní mutace, která se vyskytuje na genomové nebo transkripční úrovni, je mutace, která má za následek změnu sekvence aminokyselin v proteinovém produktu. Primární struktura proteinu odkazuje na jeho sekvenci aminokyselin. Náhrada jedné aminokyseliny jinou může poškodit funkci a strukturu proteinu nebo její účinky mohou být minimální nebo tolerované v závislosti na tom, jak úzce korelují vlastnosti aminokyselin zapojených do swapu. Předčasné zavedení stop kodonu, nonsense mutace, může změnit primární strukturu proteinu. V tomto případě se vytvoří zkrácený protein. Funkce a skládání proteinu závisí na pozici, ve které byl stop kodon vložen a množství a složení sekvence ztraceno.
Naopak tiché mutace jsou mutace, u nichž se sekvence aminokyselin nemění. Tiché mutace vedou ke změně jednoho z písmen v kódu triplety, který představuje kodon, ale navzdory jediné změně báze zůstává aminokyselina, pro kterou je kód kódován, v biochemických vlastnostech nezměněna nebo podobná. To umožňuje degenerace genetického kódu.
Historicky se mělo za to, že tiché mutace mají jen malý nebo žádný význam. Nicméně poslední výzkumy naznačují, že takové změny v tripletovém kódu mají vliv na účinnost translace proteinů a jejich skládání a funkci.
Tiché mutace mění sekundární strukturu mRNA. mRNA má sekundární strukturu, která nemusí být nutně lineární jako struktura DNA, takže tvar, který doprovází komplementární vazby ve struktuře, může mít významné účinky. Například pokud je molekula mRNA relativně nestabilní, pak může být rychle degradována enzymy v cytoplazmě. Pokud je molekula RNA vysoce stabilní a komplementární vazby jsou silné a odolné vůči rozbalení před translací, pak může být gen nedostatečně exprimován. Použití kodonu ovlivňuje stabilitu mRNA.
Pokud se blížící se ribozom zastaví kvůli uzlu v RNA, pak by polypeptid mohl mít dostatek času složit se do nepůvodní struktury předtím, než molekula tRNA může přidat další aminokyselinu. Tiché mutace mohou také ovlivnit splicing, nebo transkripční kontrolu.
Tiché mutace ovlivňují skládání a funkci bílkovin. Nedávné výzkumy naznačují, že tiché mutace mohou mít vliv na následnou strukturu a aktivitu bílkovin. Časování a rychlost skládání bílkovin mohou být změněny, což může vést k funkčním poruchám.
Výzkumné a klinické aplikace
Tiché mutace byly použity jako experimentální strategie a mohou mít klinické důsledky.
Steffen Mueller z Stony Brook University navrhl živou virovou vakcínu proti dětské obrně, ve které byl patogen navržen tak, aby synonymní kodony nahrazovaly v genomu přirozeně se vyskytující kodony. Výsledkem bylo, že virus byl stále schopen infikovat a rozmnožovat se, i když pomaleji. Myši, které byly očkovány touto vakcínou a vykazovaly rezistenci proti přirozenému kmeni dětské obrny.
V experimentech s molekulárním klonováním může být užitečné zavést tiché mutace do sledovaného genu za účelem vytvoření nebo odstranění rozpoznávacích míst pro restrikční enzymy.
Duševní poruchy mohou být způsobeny tichými mutacemi. Jedna tichá mutace způsobuje, že gen dopaminového receptoru D2 je méně stabilní a rychleji se degraduje, čímž dochází k nedostatečné expresi genu.
Němá mutace v genu pro multidrug resistenci 1 (MDR1), který kóduje buněčnou membránovou pumpu, která z buňky vylučuje léky, může zpomalit translaci v určitém místě, aby se peptidový řetězec mohl ohnout do neobvyklé konformace. Mutantní pumpa je tedy méně funkční.
Odchylky od průměrné citlivosti na bolest (APS) jsou způsobeny jak mutací ATG na GTG (nesynonymní), tak mutací CAT na CAC (synonymní). Paradoxně obě tyto mutace sdílí gen pro nízkou citlivost na bolest (LPS) a vysokou citlivost na bolest (HPS). LPS má dodatečnou tichou mutaci CTC na CTG, zatímco HPS ne a sdílí sekvenci CTC na tomto místě s APS
Vložení · Smazání · Nahrazení (Transverze, Přechod)
Nesmyslná mutace · Missense mutace · Tichá mutace · Frameshift mutace · Dynamická mutace
Chromozomální translokace · Chromozomální inverze
Deleterious mutace · Výhodná mutace · Neutrální mutace · Téměř neutrální mutace