Коротко о принципах и примерах.
1) Точковые мутации (замена одного нуклеотида)
- Типы и механизмы:
- Миссенс — меняется одна аминокислота; эффект зависит от замены (консервативная vs неконсервативная), локализации в активном центре или в структурно важном участке, может нарушать сродство к лигандам, сворачивание, стабилизированность, локализацию.
- Немиссенс (nonsense) — превращение кодона в стоп; приводит к укороченному белку и часто к деградации мРНК через NMD.
- Тихая (сильент) — кодон меняется, а аминокислота не; обычно нейтральна, но может влиять на скорость трансляции, снабжать сайты сплайсинга или структуру мРНК → изменять экспрессию/фолдинг.
- Примеры:
- Серповидноклеточная анемия: Glu$6$Val в β‑глобине (HBB) — одна замена приводит к полимеризации гемоглобина → деформация эритроцитов и клиническая болезнь.
- Нonsense в гене CFTR (пример G542X) — преждевременный стоп → отсутствие функционального канала.
- Тихие мутации в BRCA1/BRCA2 или в β‑глобине могут вызвать нарушение сплайсинга и болезнь при отсутствии изменения аминокислоты.
2) Сдвиг рамки считывания (frameshift) — вставки или делеции, размер которых не кратен $3$ - Механизм: меняется рамка считывания от места мутации → синтезируется неправильная последовательность аминокислот до ближайшего стоп‑кодона; чаще — ранняя терминция и нестабильная мРНК (NMD) либо тянущийся нефункциональный белок.
- Последствия: потеря функциональных доменов, образование шорт‑белка, доминант‑негативные эффекты реже, обычно — потеря функции (LOF).
- Примеры:
- Мутации в APC при колоректальном раке: вставки/делеции в полимоногенных участках дают frameshift и ранние стопы → потеря супрессорной функции.
- Много мутаций BRCA1/BRCA2 — frameshift → неспособность репарации ДНК.
3) Делеции
- Малые in‑frame делеции (кратные $3$ нуклеотидам): удаляются отдельные аминокислоты, рамка сохранена. Может нарушить локальные взаимодействия, сайт связывания или термодинамику сворачивания.
- Пример: $\Delta F508$ в CFTR (удаление фенилаланина в положении $508$) — белок неправильно сворачивается, задерживается в эндоплазматическом ретикулуме и подвергается ERAD → функциональная недостаточность канала (кистозный фиброз).
- Большие делеции/удаление экзонов или всего гена: приводят к гаплоинсуфицитности или полному отсутствию белка. Если удалён домен, может измениться функция или стабильность.
- Пример: делеции экзонов в DMD: при больших некратных $3$ делециях — Duchenne (тяжёлый, отсутствие функционального дистрофина); при in‑frame делециях — Becker (менее тяжёлая форма, частично функциональный белок).
- Удаление регуляторных областей (промотор, 5'UTR) снижает транскрипцию/инициацию трансляции → пониженная экспрессия.
Общие молекулярные последствия и фенотипические сценарии
- Потеря функции (LOF): амплифицируется NMD, ранняя терминация, удаление важных доменов.
- Доминирующий‑негативный эффект: мутантный белок мешает нормальному (напр., субъединичные комплексы).
- Гейн‑оф‑функшн: редко, но возможны (активирующие миссенс‑мутации в онкогенах).
- Нарушение экспрессии без изменения белковой последовательности: сплайсинг‑микромутации, изменения в UTR/promoter.
Ключевые молекулярные пояснения
- NMD активируется, если стоп‑кодон расположен более чем на $50\text{–}55$ нуклеотидах ($50\text{–}55$) вверх по течению от последнего сайта сплайсинга — ведёт к деградации мРНК.
- Безрамочные изменения (frameshift) изменяют все последующие кодоны → высокая вероятность потерять ключевые домены.
- In‑frame делеции/точковые миссенс‑замены могут быть «тонкими» — влиять на кинетику фермента, взаимодействие с партнёрами или стабильность, а не полностью разрушать белок.
Если нужно, могу кратко перечислить конкретные клинические примеры по каждому типу мутаций с указанием точных позиций и механистических доказательств.