Genetik 4. Mutation

• Mutationen entstehen durch Veränderungen der DNA-Sequenz, Punktmutationen beschränken sich meist auf wenige nebeneinanderliegende Nukleotide, Veränderungen von Chromosomen – Chromosomenmutationen betrifft die Architektur oder Zahl einzelner Chromosomen, Genommutationen sind Veränderungen des ganzen Chromosomensatzes einer Zelle.
• Eine Mutation ist jede Veränderung der genetischen Konstitution einer Zelle, die nicht mit sexueller Fortpflanzung in Zusammenhang steht.
• Somatische Mutation betrifft nur die Körperzellen, nicht vererbbar, Keimbahnmutationen betrifft die Keimzellen, daher vererbbar.
• Das an den CRISPR-Abschnitt gekoppelte CAS-Protein schneidet den DNA-Doppelstrang genau an der gewünschten Zielsequenz.
• Je nachdem, wie das geschieht, können einzelne Nukleotide entfernt, modifiziert oder eingebaut werden.
• Die DNA-Reparatursysteme der Zelle fügen nun den durchtrennten DNA-Doppelstrang wieder zusammen.
• Das Ziel, eine bestimmte DNA-Sequenz in dem umzuschreibenden Gen, wird mit der in CRISPR - integrierten RNA ( Guide RNA = gRNA ) erkannt (RNA-DNA Wechselwirkung).
• Mutationen sind ein grundlegender Bestandteil von lebenden Systemen, sie sind wichtig für die Evolution und können auch negative Folgen für das Individuum haben.
• Interkalierende Agenzien sind planare Substanzen, die sich zwischen zwei Basenpaare der Doppelhelix schieben.
• Aflatoxin B1 bildet Reaktionsprodukte mit Guanin, dadurch wird in Folge die Base vom Zucker getrennt – es entsteht eine apurinische Stelle.
• Chemische Mutagene sind Mutationen, die durch chemische Mutagene hervorgerufen werden, z.B. Mykotoxine – von Schimmelpilzen gebildet.
• Transposons kommen in Pro- und Eukaryoten vor und es gibt verschiedene Gruppen mit unterschiedlicher Struktur und Häufigkeit, charakteristisch sind flankierende Duplikationen der Insertionsstelle im Genom.
• SINEs (short interspersed nucleotide elements) sind Retrotransposons, die die Erkennungssequenz AGCT enthalten und in der Größe ca. 300 bp und 700.000-1.000.000x im humanen Genom vorhanden sind.
• Mutagene sind Mutationserzeugende Stoffe, die Mutationen induzieren, dazu gehören bestimmte Chemikalien und ionisierende Strahlen.
• Induzierte Mutationen sind Mutationen, die durch Umwelteinflüsse hervorgerufen werden.
• Basenmodifizierende Agenzien sind Agenzien, die die Basen modifizieren, z.B. Ethylmethansulfonat (EMS) – Ethylierung von Basen.
• Transpositionen sind in der Regel mit zufälliger Integration in beliebigen Genompositionen verbunden, dadurch werden Mutationen induziert.
• Klassifikation von Mutationen nach der Entstehung: spontan, dynamisch oder induziert, nach den Konsequenzen: biochemische Mutationen, morphologische Mutationen, letale Mutationen: im homozygoten Zustand nicht lebensfähig – bei den Nachkommen kommt es zu einer Änderung des Zahlenverhältnisses (Genotyp: 1:2:0 statt 1:2:1) nach Mendel, konditionale Mutationen erkennbar unter restriktiven Bedingungen, z.B. temperatursensitive Mutationen, loss-of-function Mutationen: Ausfall der Genfunktion, gain-of-function Mutationen: Erwerb einer neuen Genfunktion.
• Entstehung von Mutationen durch Expansion von Trinukleotiden (expanding trinucleotide repeats) ist ein Beispiel für dynamische Mutationen.
• Tautomere Charakter der Basen ist ein weiterer Faktor für spontane Mutationen.
• Deaminierung der DNA ist die häufigste spontane Mutation, bei der Cytosin zu Uracil und Methyl-Cytosin zu Thymin umgewandelt wird.
• Transposons sind in vielen Organismen grundlegende Bestandteile des Genoms.
• Entstehung von Mutationen durch Tautomere Charakter der Basen ist ein Beispiel für spontane Mutationen.
• Entstehung von Mutationen durch Deaminierung der DNA ist ein Beispiel für spontane Mutationen.
• Bei Chorea-Huntington ist CAG = Codon für Glutamin, toxische Poly-Glutamin-Bereiche entstehen im betroffenen Protein (Huntingtin) und es handelt sich um eine gain-of-function Mutation.
• Krankheiten durch Trinukleotid-Wiederholungen treten im Verlaufe von Generationen immer früher auf und der Schweregrad nimmt zu.
• Transposons sind mobile genetische Elemente, die sich aus dem Genom ausschneiden und an einer anderen Stelle im Genom wieder integrieren können.
• Oxidative Zerstörung von Basen ist ein weiterer Angriffspunkt für chemische Veränderungen.
• Spontane chemische Veränderungen der DNA (Basenveränderungen) können zu Punktmutationen führen, darunter die Depurinierung der DNA, bei der Guanin oder Adenin durch spontane Hydrolyse der glykosidischen Bindung zwischen der Desoxyribose und der Base verlorengehen und eine apurinische Stelle entsteht.
• Entstehung von Mutationen durch Oxidative Zerstörung von Basen ist ein Beispiel für spontane Mutationen.
• Euploidie: Vorliegen eines vollständigen, ganzzahlig- mehrfachen Chromosomensatzes.
• Organismen sind euploid.
• ChromosomenmutationenChromosomenmutationen Chromosomenzahlmutation (numerische Aberrationen) alle Veränderungen der Anzahl von Chromosomen im Genom - Verschmelzungen (Fusionen) von 2 Chromosomen - Zerfall (Fissionen) einzelner Chromosomen - Vervielfachung der Chromosomenzahl (Ploidisierung) - ganzer Chromosomensatz
• Ploidiegrad ändert sich - einzelne Chromosomen
• Trisomie 21 (Down Syndrom)
• Veränderungen der Chromosomenzahl Polyploidy Vervielfachung des Chromosomensatzes
• Induzierte MutationenChromosomenmutationen - Duplikation - Deletion - Inversion - Translokation
• Mutagener Einfluss von UV-Strahlung Induzierte MutationenEntstehung von Mutationen - Röntgenstrahlung (X-ray) - Protonen- und Neutronenstrahlung - α -, β - und γ -Strahlung - von Radioisotopen emitiert Ionisierende, energiereiche Strahlung bewirkt vorwiegend Chromosomenbrüche Einzel- und Doppelstrangbrüche – meist hervorgerufen durch freie Radikale, welche durch die Ionisierung entstehen
• Mutagene sind meist auch Karzinogene (krebsauslösende Wirkung)!
• Allopolyploidie Gemischte Chromosomensätze von 2 oder mehreren Eltern