Wissenschaft

Was ist die Genmutation und wie funktioniert sie?

Gene  sind DNA-Segmente, die sich auf  Chromosomen befinden. Eine Genmutation ist definiert als eine Veränderung der Sequenz von Nukleotiden in der  DNA. Diese Änderung kann ein einzelnes Nukleotidpaar oder größere Gensegmente eines Chromosoms betreffen. DNA besteht aus einem  Polymer  von miteinander verbundenen Nukleotiden. Während der Proteinsynthese wird DNA   in RNA transkribiert und dann übersetzt, um Proteine ​​zu produzieren. Das Ändern von Nukleotidsequenzen führt am häufigsten zu nicht funktionierenden Proteinen. Mutationen verursachen Veränderungen im  genetischen Code  , die zu  genetischen Variationen führen und das Potenzial zur Entwicklung der Krankheit. Genmutationen können allgemein in zwei Typen eingeteilt werden: Punktmutationen und Basenpaarinsertionen oder -deletionen.

 

Punktmutationen

ab 2015 / Getty Images

Punktmutationen sind die häufigste Art der Genmutation. Diese Art der Mutation wird auch als Basenpaarsubstitution bezeichnet und verändert ein einzelnes Nukleotidbasenpaar. Punktmutationen können in drei Typen eingeteilt werden:

  • Stille Mutation: Obwohl eine Änderung der DNA-Sequenz auftritt, ändert diese Art der Mutation das zu produzierende Protein nicht. Dies liegt daran, dass mehrere genetische Codons für dieselbe Aminosäure codieren können. Aminosäuren werden durch Drei-Nucleotid-Sets codiert, die als Codons bezeichnet werden. Beispielsweise wird die Aminosäure Arginin von mehreren DNA-Codons codiert, einschließlich CGT, CGC, CGA und CGG (A=Adenin, T=Thymin, G=Guanin und C=Cytosin). Wenn die DNA-Sequenz CGC in CGA geändert wird, wird die Aminosäure Arginin weiterhin produziert.
  • Missense-Mutation: Diese Art der Mutation verändert die Nukleotidsequenz, so dass unterschiedliche Aminosäuren produziert werden. Diese Änderung verändert das resultierende Protein. Die Änderung hat möglicherweise keine großen Auswirkungen auf das Protein, kann für die Proteinfunktion von Vorteil sein oder kann gefährlich sein. Wenn in unserem vorherigen Beispiel das Codon für Arginin-CGC in GGC geändert wird, wird die Aminosäure Glycin anstelle von Arginin produziert.
  • Nonsense-Mutation: Diese Art der Mutation verändert die Nukleotidsequenz so, dass anstelle der Aminosäure ein Stoppcodon codiert wird. Ein Stoppcodon signalisiert das Ende des Translationsprozesses und stoppt die Proteinproduktion. Wenn dieser Prozess zu früh beendet wird, wird die Aminosäuresequenz abgebrochen und das resultierende Protein ist meistens nicht funktionsfähig.

 

Einfügen und Löschen von Basispaaren

Es können auch Mutationen auftreten, bei denen Nukleotidbasenpaare in die ursprüngliche Gensequenz eingefügt oder aus dieser entfernt werden. Diese Art der Genmutation ist gefährlich, da sie die Vorlage verändert, aus der Aminosäuren gelesen werden. Insertionen und Deletionen können Frame-Shift-Mutationen verursachen, wenn Basenpaare, die kein Vielfaches von drei sind, zu der Sequenz hinzugefügt oder aus dieser gelöscht werden. Da die Nukleotidsequenzen in Dreiergruppen gelesen werden, führt dies zu einer Verschiebung des Leserasters. Wenn beispielsweise die ursprüngliche transkribierte DNA-Sequenz CGA CCA ACG GCG … ist und zwei Basenpaare (GA) zwischen der zweiten und dritten Gruppe eingefügt werden, wird der Leserahmen verschoben.

  • Originalsequenz:  CGA-CCA-ACG-GCG …
  • Hergestellte Aminosäuren:  Arginin / Prolin / Threonin / Alanin …
  • Eingefügte Basenpaare (GA):  CGA-CCA-GAA-CGG-CG …
  • Hergestellte Aminosäuren:  Arginin / Prolin / Glutaminsäure / Arginin …

Die Insertion verschiebt den Leserahmen um zwei und verändert die Aminosäuren, die nach der Insertion produziert werden. Die Einfügung kann zu früh oder zu spät im Übersetzungsprozess für ein Stoppcodon codieren. Die resultierenden Proteine ​​sind entweder zu kurz oder zu lang. Diese Proteine ​​sind größtenteils nicht mehr vorhanden.

 

Ursachen der Genmutation

Genmutationen werden am häufigsten durch zwei Arten von Vorkommen verursacht. Umweltfaktoren wie Chemikalien, Strahlung und ultraviolettes Sonnenlicht können Mutationen verursachen. Diese Mutagene verändern die DNA durch Veränderung der Nukleotidbasen und können sogar die Form der DNA verändern. Diese Änderungen führen zu Fehlern bei der DNA-Replikation und -Transkription.

Andere Mutationen werden durch Fehler verursacht, die während der  Mitose  und  Meiose gemacht wurden. Häufige Fehler, die während der Zellteilung auftreten, können zu Punktmutationen und Frameshift-Mutationen führen. Mutationen während der Zellteilung können zu Replikationsfehlern führen, die zur Deletion von Genen, zur Translokation von Teilen von Chromosomen, zu fehlenden Chromosomen und zu zusätzlichen Kopien von Chromosomen führen können.

 

Genetische Störungen

Laut dem National Human Genome Institute haben fast alle Krankheiten einen genetischen Faktor. Diese Störungen können durch eine Mutation in einem einzelnen Gen, mehrere Genmutationen, eine kombinierte Genmutation und Umweltfaktoren oder durch eine  Chromosomenmutation  oder -schädigung verursacht werden. Genmutationen wurden als Ursache für verschiedene Erkrankungen identifiziert, darunter Sichelzellenanämie, Mukoviszidose, Tay-Sachs-Krankheit, Huntington-Krankheit, Hämophilie und einige Krebsarten.

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