Мутация-супрессор

Мутация -супрессор — это вторая мутация , которая смягчает или отменяет фенотипические эффекты уже существующей мутации в процессе, определяемом синтетическим спасением . Генетическое подавление, таким образом, восстанавливает фенотип, наблюдаемый до исходной фоновой мутации. ^[1] Мутации-супрессоры полезны для идентификации новых генетических участков, которые влияют на интересующий биологический процесс. Они также предоставляют доказательства между функционально взаимодействующими молекулами и пересекающимися биологическими путями . ^[2]

Внутригенное и межгенное подавление

Внутригенное подавление

Внутригенное подавление является результатом супрессорных мутаций, которые происходят в том же гене , что и исходная мутация. В классическом исследовании Фрэнсис Крик (и др.) использовал внутригенное подавление для изучения фундаментальной природы генетического кода . Из этого исследования было показано, что гены экспрессируются как неперекрывающиеся триплеты ( кодоны ). ^[1]

Исследователи показали, что мутации, вызванные либо вставкой одного основания (+), либо удалением одного основания (-), могут быть «подавлены» или восстановлены второй мутацией противоположного знака, если только две мутации происходят в той же непосредственной близости от гена. Это привело к выводу, что гены должны быть прочитаны в определенной « рамке считывания », а вставка или удаление одного основания сдвинет рамку считывания ( мутация сдвига рамки ) таким образом, что оставшаяся ДНК будет кодировать другой полипептид, нежели тот, который предполагался. Поэтому исследователи пришли к выводу, что вторая мутация противоположного знака подавляет исходную мутацию, восстанавливая рамку считывания, если только часть между двумя мутациями не является критической для функции белка. ^[1]

В дополнение к рамке считывания Крик также использовал мутации-супрессоры для определения размера кодона. Было обнаружено, что в то время как вставки/делеции одного и двух оснований одного и того же знака приводили к мутантному фенотипу, удаление или вставка трех оснований может дать фенотип дикого типа . Из этих результатов был сделан вывод, что вставленный или удаленный триплет не нарушает рамку считывания, и генетический код на самом деле является триплетом. ^[1]

Межгенная супрессия

Межгенное (также известное как внегенное ) подавление устраняет последствия мутации в одном гене мутацией где-то еще в геноме . Вторая мутация не находится в том же гене, что и исходная мутация. ^[2] Межгенное подавление полезно для идентификации и изучения взаимодействий между молекулами, такими как белки . Например, мутация, которая нарушает комплементарное взаимодействие между молекулами белка, может быть компенсирована второй мутацией в другом месте генома, которая восстанавливает или обеспечивает подходящее альтернативное взаимодействие между этими молекулами. С помощью этого подхода были идентифицированы несколько белков биохимических, сигнальных трансдукционных и генных экспрессионных путей. Примерами таких путей являются взаимодействия рецептор-лиганд , а также взаимодействие компонентов, участвующих в репликации ДНК , транскрипции и трансляции . ^[1]

Эти межгенные подавления также, вероятно, сохранятся в популяции. Когда эти компенсаторные мутации устанавливаются в организмах, таких как E. coli, делая их устойчивыми к препарату из-за присутствия препарата, и использование препарата прекращается, устойчивые штаммы не могут легко эволюционировать обратно в штаммы, которые затем могут снова стать чувствительными к препарату, к которому они приобрели устойчивость. ^[3] Эти штаммы, вероятно, не подвержены потере этих компенсаторных мутаций, и это значительно снизило бы приспособленность штамма, что привело бы к промежуточным штаммам. Эти промежуточные штаммы подвергаются бутылочному горлышку и, таким образом, затрудняют возврат аллелей до межгенных подавлений. Следовательно, когда препараты прекращаются, можно увидеть, что эти мутации, вероятно, сохранятся в популяции.

Мутации супрессоров также происходят в генах, которые кодируют структурные белки вируса. Для создания жизнеспособного вируса фага T4 (см. изображение), требуется баланс структурных компонентов. Мутант фага T4 янтарного типа содержит мутацию, которая изменяет кодон аминокислоты в белке на бессмысленный стоп-кодон TAG (см. стоп-кодон и бессмысленная мутация ). Если при инфицировании мутант янтарного типа, дефектный в гене, кодирующем необходимый структурный компонент фага T4, слабо подавлен (в хозяине E. coli, содержащем специфическую измененную тРНК – см. бессмысленный супрессор ), он будет производить уменьшенное количество необходимого структурного компонента. В результате образуется мало, если вообще образуется, жизнеспособных фагов. Однако было обнаружено, что жизнеспособный фаг иногда может быть произведен в хозяине со слабым бессмысленным супрессором, если вторая мутация янтарного типа в гене, кодирующем другой структурный белок, также присутствует в геноме фага. ^[4] Было обнаружено, что причина, по которой вторая мутация янтаря может подавлять первую, заключается в том, что два численно уменьшенных структурных белка теперь будут в равновесии. Например, если первая мутация янтаря вызвала сокращение хвостовых волокон до одной десятой от нормального уровня, большинство произведенных фаговых частиц будут иметь недостаточно хвостовых волокон, чтобы быть инфекционными. Однако, если вторая мутация янтаря дефектна в компоненте базовой пластины и приводит к образованию одной десятой количества базовых пластин, это может восстановить баланс хвостовых волокон и базовых пластин и, таким образом, позволить производиться инфекционному фагу. ^[4]

Ревертант

В микробной генетике ревертант — это мутант , который вернулся к своему прежнему генотипу или исходному фенотипу посредством супрессорной мутации или же посредством компенсаторной мутации где-то в гене (реверсия во втором сайте).

Смотрите также

Синтетическая жизнеспособность

Ссылки

^ abcde Хартвелл, Л. Х., Худ, Л., Голдберг, М. Л., Рейнольдс, А. Е., Сильвер, Л. М. и Верес, Р. К. (2008). Генетика: от генов к геномам. Нью-Йорк: McGraw-Hill.
^ ab Hodgkin J. Генетическое подавление. 27 декабря 2005 г. В: WormBook: Онлайн-обзор биологии C. elegans [Интернет]. Пасадена (Калифорния): WormBook; 2005-.
^ Бергстром, Карл Т.; Фельдгарден, Майкл (22 ноября 2007 г.). «Экология и эволюция бактерий, устойчивых к антибиотикам». Патогены: резистентность, вирулентность, изменчивость и возникновение : 125– 138. doi :10.1093/acprof:oso/9780199207466.003.0010. ISBN 978-0-19-920746-6. Получено 27 апреля 2021 г. .
^ ab Floor E (1970). "Взаимодействие морфогенетических генов бактериофага T4". J. Mol. Biol . 47 (3): 293– 306. doi :10.1016/0022-2836(70)90303-7. PMID 4907266.

Внешние ссылки

Глава о мутациях в учебнике WikiBooks по общей биологии
Примеры полезных мутаций

[Textbook-1] Хартвелл, Л. Х., Худ, Л., Голдберг, М. Л., Рейнольдс, А. Е., Сильвер, Л. М. и Верес, Р. К. (2008). Генетика: от генов к геномам. Нью-Йорк: McGraw-Hill.

[WormS-2] Hodgkin J. Генетическое подавление. 27 декабря 2005 г. В: WormBook: Онлайн-обзор биологии C. elegans [Интернет]. Пасадена (Калифорния): WormBook; 2005-.

[3] Бергстром, Карл Т.; Фельдгарден, Майкл (22 ноября 2007 г.). «Экология и эволюция бактерий, устойчивых к антибиотикам». Патогены: резистентность, вирулентность, изменчивость и возникновение : 125– 138. doi :10.1093/acprof:oso/9780199207466.003.0010. ISBN 978-0-19-920746-6. Получено 27 апреля 2021 г. .

[Floor-4] Floor E (1970). "Взаимодействие морфогенетических генов бактериофага T4". J. Mol. Biol . 47 (3): 293– 306. doi :10.1016/0022-2836(70)90303-7. PMID 4907266.