Информация

4.9: Причины мутации - Биология

4.9: Причины мутации - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Что делает радиационное заражение?

Мутирует ДНК. Чернобыльская катастрофа - это ядерная авария, произошедшая 26 апреля 1986 года. Она считается самой страшной аварией на атомной электростанции в истории. В одном из российских изданий делается вывод, что в период с 1986 по 2004 год в результате радиоактивного заражения произошло 985 000 случаев рака. В отчете Европейского комитета по радиационному риску за 2011 год подсчитано, что в результате этого заражения произошло 1,4 миллиона дополнительных случаев рака.

Причины мутации

Мутации есть много возможных причин. Некоторые мутации, кажется, происходят спонтанно без какого-либо внешнего влияния. Они могут возникать при ошибках, допущенных во время репликации или транскрипции ДНК. Другие мутации вызваны факторами окружающей среды. Все, что может вызвать мутацию в окружающей среде, известно как мутаген. Примеры мутагенов изображены на Фигура ниже. Чтобы посмотреть видео о мутагенах, перейдите по ссылке ниже. Http://www.youtube.com/watch? V = 0wrNxCGKCws (0:36)

Примеры мутагенов. Типы мутагенов включают радиацию, химические вещества и инфекционные агенты. Знаете ли вы о других примерах каждого типа мутагена, показанных здесь?

Спонтанные мутации

Есть пять распространенных типов спонтанных мутаций. Они описаны в Столниже.

МутацияОписание
Таутомерияоснование изменяется перемещением атома водорода
Депуринизацияпотеря пуринового основания (A или G)
Дезаминированиеспонтанное дезаминирование 5-метицитозина
Переходизменение пурина на пурин (от A до G, от G до A) или пиримидина на пиримидин (с C на T, T на C)
Трансверсияпурин становится пиримидином или наоборот

Чернобыльская катастрофа: продолжение

Хотя территория непосредственно вокруг чернобыльской катастрофы может быть небезопасной для жизни людей в течение тысяч лет, Зона отчуждения Вокруг Чернобыльской АЭС стал райским уголком для дикой природы. Когда люди были эвакуированы из этого района 25 лет назад, существующие популяции животных увеличились, и редкие виды, которых не видели в течение столетий, вернулись или были повторно представлены, например, рысь, дикий кабан, волк, евразийский бурый медведь, европейский бизон, лошадь Пржевальского и орел. сова. Зона отчуждения настолько богата дикой природой и зеленью, что в 2007 году украинское правительство объявило ее заповедником. Сейчас это один из крупнейших заповедников дикой природы в Европе.

Резюме

  • Мутации вызываются факторами окружающей среды, известными как мутагены.
  • Типы мутагенов включают радиацию, химические вещества и инфекционные агенты.
  • Мутации могут носить спонтанный характер.

Узнать больше

Используйте этот ресурс, чтобы ответить на следующие вопросы.

  • Что такое мутация? на http://learn.genetics.utah.edu/content/variation/mutation/.
  1. Когда развивается большинство мутаций?
  2. Что происходит с большинством естественных мутаций?
  3. Где в геноме происходит больше всего мутаций?
  4. Большинство мутаций - это плохо? Поясните свой ответ.
  5. Что подразумевается под репарацией ДНК?

Рассмотрение

  1. Дайте определение мутации и мутагену.
  2. Перечислите три примера мутагенов.
  3. Различают переход и трансверсию.

4.9: Причины мутации - Биология

Поскольку все клетки нашего тела содержат ДНК, существует множество мест для возникновения мутаций, однако некоторые мутации не могут передаваться потомству и не имеют значения для эволюции. Соматические мутации происходят в не репродуктивных клетках и не передаются потомству. Например, золотой цвет половины яблока Red Delicious был вызван соматической мутацией. Его семена не несут мутации.

Единственные мутации, которые имеют значение для крупномасштабной эволюции, - это те, которые могут передаваться потомству. Они возникают в репродуктивных клетках, таких как яйцеклетки и сперма, и называются мутациями зародышевой линии.

Последствия мутаций зародышевой линии
Мутация одной зародышевой линии может иметь ряд эффектов:

    Фенотип не меняется.
    Некоторые мутации не оказывают заметного влияния на фенотип организма. Это может произойти во многих ситуациях: возможно, мутация происходит на участке ДНК, не имеющем функции, или, возможно, мутация происходит в кодирующей белок области, но в конечном итоге не влияет на аминокислотную последовательность белка.

Маленькие мутации с большим эффектом: мутации для контроля генов
Мутации часто становятся жертвами плохой прессы - несправедливо стереотипно воспринимают как неважную причину генетического заболевания. Хотя многие мутации действительно имеют небольшие или отрицательные эффекты, другой вид мутации получает меньше эфирного времени. Мутации управляющих генов могут иметь серьезные (а иногда и положительные) эффекты.

Некоторые участки ДНК контролируют другие гены, определяя, когда и где «включаются» другие гены. Мутации в этих частях генома могут существенно изменить способ построения организма. Разница между мутацией в управляющем гене и мутацией в менее мощный ген немного похожа на разницу между шепотом инструкции трубачу в оркестре и шепотом дирижеру оркестра. Влияние изменения поведения дирижера намного больше и скоординировано, чем изменение поведения отдельного члена оркестра. Точно так же мутация гена «проводника» может вызвать каскад эффектов в поведении генов, находящихся под его контролем.

У многих организмов есть мощные управляющие гены, которые определяют, как устроено тело. Например, Hox гены встречаются у многих животных (включая мух и людей) и определяют, где идет голова и в каких частях тела растут придатки. Такие главные управляющие гены помогают управлять построением «единиц» тела, таких как сегменты, конечности и глаза. Таким образом, развитие серьезных изменений в основной структуре тела может быть не настолько маловероятным, что это может просто потребовать изменения в гене Hox и в пользу естественного отбора.


Молекулярная мутация: особенности, причины и типы | Генетика

1. Это изменение количества или расположения нуклеотидной последовательности гена.

2. Это наследственное изменение последовательности ДНК.

3. Это постоянное структурное изменение наследственного материала [ДНК].

4. Мутации могут быть вредными, полезными или не иметь никакого эффекта.

5. В основном мутации вредны и очень редко полезны.

6. Мутации могут быть вызваны ошибками во время деления клеток, или они могут быть вызваны воздействием веществ, повреждающих ДНК, в окружающей среде, таких как радиация и мутагенные химические вещества.

7. Это отклонение гена от его естественного состояния. Другими словами, один аллель гена превращается в другой аллель.

8. Это может быть спонтанное или индуцированное изменение ДНК клетки.

9. Мутация приводит к появлению у индивидуума нового наследственного признака.

10. Мутации иногда приписывают случайным событиям.

Причины молекулярной мутации:

Молекулярные мутации вызываются двумя типами изменений на уровне ДНК, а именно:

(ii) Базовые добавления или удаления.

1. Замена базы:

Замена одной пары оснований другой называется замещением оснований. Некоторые мутации затрагивают только часть нуклеотида, что приводит к замене пары оснований. Замена пары оснований может происходить во время репликации ДНК без разрыва. Эти замены пары оснований бывают двух типов, а именно. переходы и трансверсии.

Замена одного пурина другим пурином или одного пиримидина другим пиримидином называется переходом. Другими словами, это замена основания другим основанием той же химической группы [пурин заменяется пурином: либо A на G, либо G на A пиримидин заменен на пиримидин: либо C на T, либо T на C].

Это означает, что может происходить двустороннее изменение между пуринами [A и G] и пиримидинами [C и T]. Такое изменение дает нормальную базу.

Замена пурина пиримидином и наоборот называется трансверсией. Другими словами, это замена основания одной химической категории на основание другой [пиримидин заменен пурином: C на A, C на G, T на A, T на G пурин заменен на пиримидин: от A до C. , A к T, G к C, G к T].

При трансверсии основание либо превращается в ненормальное, либо замещается таким основанием. Эти изменения происходят либо из-за неправильного включения, либо из-за неправильного воспроизведения. Более того, переходы обычно более часты, чем трансверсии.

2. Добавление или удаление базы:

Такие мутации являются результатом разрыва основы генетического материала [ДНК] в двух или более местах. Такие изменения включают добавление, удаление, замену, транспозицию и инверсию. Все эти мутации, кроме инверсий, возможны для одноцепочечной ДНК или РНК.

Для инверсии требуется двухцепочечная нуклеиновая кислота. Простейшими формами таких мутаций являются добавления одной пары оснований или делеции одной пары оснований. Есть примеры, в которых мутации возникают в результате одновременного добавления или удаления нескольких пар оснований.

Подобно бессмысленным мутациям, добавления или делеции одного основания имеют последствия для полипептидной последовательности, которые выходят далеко за пределы сайта самой мутации.

Поскольку последовательность мРНК & # 8220read & # 8221 с помощью устройства трансляции в группах из трех пар оснований (кодонов) добавление или удаление одной пары оснований ДНК изменяет рамку считывания, начиная с места добавления или делеции и до карбоксильного конца белка.

Типы молекулярных мутаций:

1. Бессмысленные мутации:

Мутации, в которых кодон одной аминокислоты заменяется кодоном терминации (остановки) трансляции, называются несмысловыми мутациями. При несмысловой мутации стоп-кодон заменяет кодон аминокислоты, что приводит к преждевременному обрыву нуклеотидной цепи.

(я) Вовлеченный кодон:

Несмысловые мутации имеют несмысловые кодоны, которые не кодируют какую-либо аминокислоту.

Частота бессмысленных мутаций намного ниже, чем миссенс-мутаций.

Несмысловые мутации приводят к преждевременному обрыву полипептидной цепи и, следовательно, также называются мутациями обрыва цепи. Они оказывают значительное влияние на функцию белков. Как правило, бессмысленные мутации производят полностью неактивные белковые продукты. Когда они располагаются очень близко к 3 & # 8242 концу открытой рамки считывания, продуцируется только частично функциональный укороченный полипептид.

Несмысловые мутации возникают из-за образования несмысловых кодонов после возникновения мутаций сдвига рамки считывания.

2. Миссенс-мутации:

Мутации, в которых кодон одной аминокислоты заменяется кодоном другой аминокислоты, называются миссенс-мутациями. Миссенс-мутации приводят к образованию белка, в котором одна аминокислота заменяется другой.

(я) Участвующие кодоны:

Миссенс-мутации содержат миссенс-кодоны, которые кодируют разные аминокислоты. Миссенс-мутации обычно приводят к замене одной аминокислоты в полипептидной цепи.

Частота миссенс-мутаций больше, чем бессмысленных мутаций.

Последствия таких мутаций различны. Например, если миссенс-мутация вызывает замену химически подобной аминокислоты, называемую синонимичной заменой, то вполне вероятно, что изменение будет иметь менее серьезное влияние на структуру и функцию белка.

Если миссенс-мутация вызывает замену химически другой аминокислоты, называемую несинонимичными заменами, то она с большей вероятностью приведет к серьезным изменениям в структуре и функции белка.

Миссенс-мутации возникают из-за образования миссенс-кодонов после возникновения мутаций сдвига рамки считывания.

3. Бесшумные мутации:

Мутации, кодирующие одну и ту же или похожую аминокислоту, известны как молчащие мутации. Такие мутации изменяют один кодон аминокислоты на другой кодон той же аминокислоты. Следовательно, такие мутации никогда не изменяют аминокислотную последовательность полипептидной цепи. Другими словами, они не действуют.

4. Мутации сдвига кадра:

Есть еще одна категория точечных мутаций, при которых нормальная рамка считывания основного триплета [кодона] изменяется. Такие мутации известны как мутации сдвига рамки считывания. В этих мутациях нормальная рамка считывания триплетов оснований [кодонов] изменяется из-за добавления или удаления одной пары оснований или нуклеотидов в мРНК. Обычно за ними следует стоп-кодон.

Мутации сдвига рамки считывания возникают из-за добавления или удаления одной пары оснований.

Они возникают двумя способами, а именно:

(i) по ошибке во время репарации или репликации ДНК, и

Добавление или удаление нуклеотидов происходит в количестве, отличном от трех или кратном трем. Рамка считывания в таком случае смещается от точки добавления или удаления вперед.

Добавление или удаление пар оснований происходит в интерстициальном или интеркалярном положении. Иногда добавление и удаление происходят в одной и той же позиции, это называется сдвигом двойного кадра. Такие изменения могут восстановить нормальную рамку считывания мРНК.

Мутации со сдвигом рамки обычно демонстрируют полную потерю нормальной структуры и функции белка.

После мутаций со сдвигом рамки считывания образуются три типа кодонов, а именно:

Смысловые кодоны - это нормальные кодоны, которые читаются так же, как до мутаций со сдвигом рамки считывания. Мутации также влияют на регуляцию генов как у эукариот, так и у прокариот.

5. Индуцированная и спонтанная мутация:

Обычно мутации подразделяются на индуцированные и спонтанные. Индуцированные мутации определяются как те, которые возникают после целенаправленного лечения мутагенами. Спонтанные мутации - это те, которые возникают в отсутствие известного лечения мутагенами. Частота возникновения спонтанных мутаций невысока, обычно в диапазоне от одной клетки на 10 5 до 10 8.

Следовательно, если для генетического анализа требуется большое количество мутантов, необходимо индуцировать мутации. Индукция мутаций достигается обработкой клеток мутагенами. Наиболее часто используемые мутагены представляют собой высокоэнергетическое излучение или определенные химические вещества. Индуцированные и спонтанные мутации возникают по разным механизмам.

Механизмы индукционной мутации :

Индуцированные мутации развиваются за счет применения мутагенных агентов, называемых мутагенами.

Существует три различных механизма индукции мутации с помощью мутагенов, а именно. к:

(iii) Повреждение основания в ДНК.

Они кратко обсуждаются следующим образом:

1. Замена базы:

Некоторые химические соединения заменяют основание в ДНК, потому что они очень похожи на основания ДНК. Такие химические соединения называют базовыми аналогами. Иногда они включаются в ДНК вместо нормальных оснований.

Таким образом, они могут производить мутации из-за неправильного спаривания оснований. Неправильное спаривание оснований приводит к переходам или трансверсиям после репликации ДНК. Наиболее часто используемыми аналогами оснований являются 5-бромурацил [5BU] и 2-аминопурин [2AP].

5-бромурацил похож на тимин, но имеет бромид в положении C5, а тимин имеет группу C3 в положении C5 & # 8243. Присутствие брома в 5BU усиливает его таутомерный переход от кетоформы к енольной форме. Кето-форма - обычная и более стабильная форма, а енольная форма - редкая и менее стабильная или недолговечная форма. Таутомерные изменения происходят во всех четырех основаниях ДНК, но с очень низкой частотой.

Изменение или сдвиг атомов водорода из одного положения в другое в пурине или в основе пиридина известно как таутомерный сдвиг, и такой процесс известен как таутомеризация. Основание, которое образуется в результате таутомеризации, известно как таутомерная форма или таутомер.

В результате таутомеризации аминогруппа [-NH2] цитозина превращается в имно-группу [-NH]. Аналогично, кетогруппа [C = O] тимина заменяется на енольную группу [-OH].

5BU похож на тимин, поэтому он соединяется с аденином [вместо тимина]. Таутомер 5BU будет спариваться с ханином, а не с аденином. Поскольку таутомерная форма недолговечна, она изменится на кетоформу во время репликации ДНК, которая будет соединяться с аденином вместо гуанина.

Таким образом, это приводит к переходам из A в G или из G в A и из C в T или из T в C. Мутаген 2AP действует аналогичным образом и вызывает переходы из A в G или из G в A и из T в C или из C в T. Это аналог аденина, который может образовывать пары с тимином, но также может ошибочно спариваться с цитозимом и вызывать переходы.

2. Изменение базы:

Некоторые химические соединения изменяют основание ДНК так, что оно специально неправильно спаривается с другим основанием. Такие мутагены не встраиваются в ДНК, а вместо этого изменяют основание, вызывая неправильное спаривание.

Некоторые алкилирующие агенты, такие как этилметансульфонат (EMS) и широко используемый нитрозогуанидин (NG), действуют по этому пути:

Они вызывают мутации, особенно переходы и трансверсии, путем добавления алкильной группы [этильной или метиловой] в различные положения в ДНК. Алкилирование вызывает мутации, изменяя водородные связи различными способами.

Алкилирующие агенты могут вызывать различные большие и малые деформации структуры основания, приводящие к переходам и трансверсиям пар оснований. Трансверсии могут происходить либо потому, что размер пурина был настолько уменьшен, что он мог принимать другой пурин в качестве своего комплемента, либо потому, что пиридин был настолько увеличен в размере, что он мог принимать другой пиримидин для своего спаривания.

В обоих случаях диаметр мутантной пары оснований близок к диаметру нормальной пары оснований.

Некоторые мутагены повреждают основание ДНК, так что оно больше не может образовывать пары ни с одним основанием в нормальных условиях. Большое количество мутагенов повреждает одно или несколько оснований ДНК, в результате чего невозможно специфическое спаривание оснований. Результатом является блокировка репликации, потому что синтез ДНК не будет продолжаться за пределами основания, которое не может определять своего комплементарного партнера посредством водородных связей.

В бактериальных клетках такие блоки репликации можно обойти, вставив неспецифические основания. Этот процесс требует активации специальной системы, системы SOS. Название SOS происходит от идеи, что эта система вызывается в качестве экстренной реакции для предотвращения гибели клеток при наличии значительного повреждения ДНК.

Индукция SOS - это последнее средство, позволяющее клетке обменивать смерть на определенный уровень мутагенеза. В природе ДНК может быть повреждена двумя основными источниками, а именно. Ультрафиолетовый свет и афлатоксин обнаружены в арахисе, инфицированном грибком.

Ультрафиолетовый (УФ) свет генерирует в ДНК ряд фотопродуктов. Два разных повреждения, которые объединяют соседние пиримидины в одной цепи, наиболее сильно коррелировали с мутагенезом. Эти поражения представляют собой фотодимер циклобутан-пиримидина и фотопродукт 6-4.

Эти поражения мешают нормальному спариванию оснований, следовательно, для мутагенеза требуется индукция системы SOS. Вставка неправильных оснований напротив УФ-фотопродуктов происходит в позиции 3 & # 8242 димера, и более часто для димеров 5 & # 8242-CC-3 & # 8242 и 5 & # 8242-TC-3 & # 8242.

Переход C -> T является наиболее частой мутацией, но другие замены оснований (трансверсии) и сдвиги рамки также индуцируются УФ-светом, как и более крупные дупликации и делеции.

Афлатоксин B1 (AFB1) представляет собой мощный канцероген, первоначально выделенный из арахиса, инфицированного грибком. Афлатоксин образует продукт присоединения в положении N-7 гуанина. Этот продукт приводит к разрыву связи между основанием и сахаром, тем самым высвобождая основу и создавая апуриновый сайт.

Исследования с апуриновыми сайтами, созданными in vitro, продемонстрировали, что обход этих сайтов с помощью SOS приводит к преимущественному встраиванию аденина напротив апуринового сайта. Это предсказывает, что агенты, вызывающие депуринирование остатков гуанина, должны предпочтительно индуцировать трансверсии G C в TA.

Роль индуцированной мутации в улучшении урожая:

Индуцированные мутации полезны для улучшения урожая следующими пятью основными способами:

1. При разработке улучшенных сортов:

С помощью индуцированных мутаций было выведено более 2000 улучшенных сортов полевых и садовых культур с высокой урожайностью, улучшенным качеством, скороспелостью, устойчивостью к биотическим и абиотическим стрессам.

2. Индукция мужского бесплодия:

Мужская стерильность была вызвана у многих культур, таких как просо, которое используется в производстве гибридных семян.

3. Производство гаплоидов:

Гаплоиды, индуцированные рентгеновскими лучами, были разработаны во многих культурах, которые используются для создания чистых линий после удвоения хромосом.

4. Создание генетической изменчивости:

Индуцированные мутации приводят к созданию огромной генетической изменчивости в популяции, которая обеспечивает основу для отбора.

5. В некоторых случаях индуцированные мутации использовались для решения проблемы самонесовместимости.

Механизмы спонтанной мутации:

Сейчас известно, что спонтанные мутации возникают из множества источников.

Есть три важных механизма спонтанных мутаций, а именно:

(i) Ошибки в репликации ДНК,

(ii) спонтанные поражения и

(iii) Мобильные генетические элементы.

Они кратко обсуждаются ниже:

1. Ошибки репликации ДНК:

Неправильное спаривание в процессе репликации является источником спонтанного замещения оснований. (Ошибочное спаривание было рассмотрено ранее при обсуждении 5-BU.) Большинство мутаций неправильного спаривания - это переходы.

Скорее всего, это связано с тем, что A. C или G. T mispair не деформирует двойную спираль ДНК так сильно, как A. G или C. Пары оснований T. Однако трансверсии также могут происходить из-за неправильного спаривания. Ошибки репликации также могут приводить к мутациям со сдвигом рамки.

2. Спонтанные поражения:

Естественные повреждения ДНК, называемые спонтанными повреждениями, также могут вызывать мутации.

Спонтанные поражения бывают трех типов, а именно:

(iii) Основания, поврежденные окислением. Первый встречается чаще.

Как указано выше, афлатоксин вызывает депуринизацию. Однако депуринация также происходит спонтанно. Клетка млекопитающего спонтанно теряет около 10 000 пуринов из своей ДНК в течение 20-часового периода генерации клеток при 37 ° C.

Если эти поражения сохраняются, они приведут к значительному повреждению ДНК, потому что во время репликации апуриновые сайты не могут определять какой-либо тип основания. Однако при определенных условиях основание может быть вставлено напротив апуринового сайта, что часто приводит к мутации.

При дезаминировании цитозина образуется урацил. Неотремонтированные остатки урацила будут образовывать пары с аденином в ходе репликации, что приведет к преобразованию пары G-C в пару AT (переход G-C - & gt A-T). Было обнаружено, что дезаминирование в определенных положениях цитозина является одним из типов горячих точек мутаций.

Анализ последовательности ДНК горячих точек для переходов G-C A-T в гене lacl показал, что остатки 5-метилцитозина присутствуют в положении каждой горячей точки.

Фермент урацил-ДНК-гликозилаза [один из ферментов репарации в клетке] распознает остатки урацила в ДНК, которые возникают в результате дезаминирования, и удаляет их, оставляя промежуток, который впоследствии заполняется.

Однако при дезаминировании 5-метилцитозина образуется тимин (5-метилурацил), который не распознается ферментом урацил-ДНК-гликозилаза и, таким образом, не восстанавливается. Следовательно, переходы C -> T, генерируемые дезаминированием, чаще наблюдаются в сайтах 5-метилцитозина, потому что они ускользают от этой системы репарации.

(iii) Основания, поврежденные окислением:

Этот тип поражения активными формами кислорода, такими как супероксидные радикалы (02D), перекись водорода (H202) и гидроксильные радикалы (OHD), которые образуются как побочные продукты нормального аэробного метаболизма.

Эти формы кислорода могут вызывать окислительное повреждение ДНК, а также предшественников ДНК (например, GTP), что приводит к мутации. Такие мутации вызывают ряд заболеваний человека. Такой продукт часто ошибочно спаривается с A, что приводит к высокому уровню трансверсий G - & gt T.

3. Переносные генетические элементы:

Сообщается также, что мобильные элементы играют важную роль в индукции спонтанных мутаций у различных организмов.

Биологические механизмы восстановления спонтанной мутации:

Живые клетки развили ряд ферментных систем, которые восстанавливают повреждения ДНК различными способами. Низкая частота спонтанных мутаций свидетельствует об эффективности этих систем репарации. Отказ этих систем может привести к более высокому уровню мутаций.

Механизмы восстановления ДНК можно разделить на четыре категории, а именно:

(iv) Пострепликационная репарация.

Они кратко обсуждаются следующим образом:

1. Предотвращение ошибок:

Некоторые ферментные системы нейтрализуют потенциально опасные соединения еще до того, как они вступят в реакцию с ДНК. Одна такая система детоксифицирует супероксидные радикалы, образующиеся при окислительном повреждении ДНК. Фермент супероксиддисмутаза катализирует превращение супероксидных радикалов в перекись водорода, а фермент каталаза, в свою очередь, превращает перекись водорода в воду.

2. Прямое возмещение ущерба:

Самый простой способ исправить поражение - это вернуть его прямо к нормальной основе. Возврат не всегда возможен, потому что некоторые виды повреждений по существу необратимы. Однако в некоторых случаях таким способом можно исправить повреждения.

Один случай - мутагенный фотодимер, вызванный УФ-светом. Фотодимер циклобутанового пиримидина может быть восстановлен с помощью фотолиазы, которая была обнаружена у бактерий и низших эукариот, но не у людей.

Фермент связывается с фотодимером и расщепляет его в присутствии определенных длин волн видимого света с образованием исходных оснований. Этот фермент не может работать в темноте, поэтому необходимы другие способы восстановления, чтобы удалить УФ-повреждение. Фотолиаза, которая обращает 6-4 фотопродуктов, также была обнаружена у растений и дрозофилы.

Алкилтрансферазы - это ферменты, которые непосредственно обращают вспять поражения. Они удаляют определенные алкильные группы, которые были добавлены в положения 0-6 гуанина такими мутагенами, как нитрозогуанидин и этилметансульфонат.

Метилтрансфераза из E. coli хорошо изучена. Этот фермент переносит метильную группу с 0-6-метилгуанина на остаток цистеина в белке. Когда это происходит, фермент инактивируется, поэтому эта система восстановления может быть насыщена, если уровень алкилирования достаточно высок.

3. Пути эксцизии-восстановления:

Общая система эксцизионной репарации разрывает фосфодиэфирную связь по обе стороны от поражения на одной и той же цепи, что приводит к удалению олигонуклеотида. Это оставляет промежуток, который заполняется репарационным синтезом, и лигаза закрывает эти разрывы. У прокариот удаляются 12 или 13 нуклеотидов, тогда как у эукариот удаляются от 27 до 29 нуклеотидов.

Некоторые поражения слишком незначительны и вызывают небольшое искажение, которое не может быть распознано общей системой эксцизионного восстановления и ее аналогами в высших клетках. Таким образом, необходимы дополнительные специфические пути удаления.

Репарация с эксцизией оснований осуществляется ДНК-гликозилазами, которые расщепляют N-гликозидные связи (основание-сахар), тем самым высвобождая измененные основания и создавая апуриновые или апиримидиновые сайты (AP-сайты). Полученный сайт затем репарируется с помощью пути репарации AP-сайт-специфической эндонуклеазой.

Существуют многочисленные ДНК-гликозилазы. Одна из них, урацил-ДНК-гликозилаза, удаляет урацил из ДНК. Остатки урацила, которые возникают в результате спонтанного дезаминирования цитозина, могут привести к переходу C -> T, если не восстановлены.

Возможно, что естественным партнером аденина в ДНК является тимин (5-метилурацил), а не урацил, что позволяет распознавать и удалять эти остатки урацила. Если бы урацил был нормальным компонентом ДНК, такое восстановление было бы невозможно.

Все клетки содержат эндонуклеазы, атакующие участки, оставшиеся после спонтанной потери единичных остатков пурина или пиримидина. Эндонуклеазы АР жизненно важны для клетки, потому что спонтанная депуринизация является относительно частым явлением.

Эти ферменты вызывают разрывы цепи, расщепляя фосфодиэфирные связи в AP-сайтах. Это инициирует процесс эксцизионной репарации, опосредованный еще тремя ферментами - экзонуклеазой, ДНК-полимеразой I и ДНК. лигаза.

Благодаря эффективности пути репарации АР-эндонуклеазой он может быть заключительным этапом других путей репарации. Таким образом, если поврежденные пары оснований могут быть вырезаны, оставив AP-сайт, AP-эндонуклеазы могут завершить восстановление до дикого типа. Это то, что происходит в пути репарации ДНК-гликозилазы.

4. Восстановление после репликации:

Некоторые пути репарации способны распознавать ошибки даже после того, как ДНК уже подверглась репликации. Один пример, называемый системой исправления несоответствий, может обнаруживать такие несоответствия.

Системы устранения несоответствий должны выполнять как минимум три функции:

1. Распознайте несовпадающие пары оснований.

2. Определите, какая база в несовпадении является неправильной.

3. Обрежьте неправильную основу и проведите ремонтный синтез.

Второе свойство является ключевым в такой системе. Как только несоответствующий сайт & # 8216 был идентифицирован, система устранения несоответствия исправляет ошибку.

Если она не способна различать правильные и неправильные основания, система восстановления несоответствия не может определить, какое основание вырезать, чтобы предотвратить возникновение мутации. Но ошибки репликации приводят к несоответствиям на вновь синтезированной цепи, поэтому необходимо распознать и вырезать основание этой цепи.


Мутации INS-гена: от генетики и биологии бета-клеток к клиническим заболеваниям

Растущий список мутаций гена инсулина, вызывающих новую форму моногенного диабета, привлекает все большее внимание за последние семь лет. Мутации были идентифицированы в нетранслируемых областях гена инсулина, а также в кодирующей последовательности препроинсулина, включая сигнальный пептид, B-цепь инсулина, C-пептид, A-цепь инсулина и сайты протеолитического расщепления как для сигнальной пептидазы. и конвертазы прогормонов. Эти мутации влияют на различные стадии биосинтеза инсулина в бета-клетках поджелудочной железы. Важно отметить, что хотя многие из этих мутаций вызывают неправильную укладку проинсулина с ранним началом аутосомно-доминантного диабета, некоторые из мутантных аллелей, по-видимому, задействуют различные клеточные и молекулярные механизмы, которые лежат в основе недостаточности бета-клеток и диабета. В этой статье мы рассматриваем самые последние достижения в этой области и обсуждаем проблемы, а также потенциальные стратегии предотвращения / задержки развития и прогрессирования аутосомно-доминантного диабета, вызванного мутациями гена INS. Стоит отметить, что, хотя диабет, вызванный мутациями гена INS, встречается редко, все больше данных свидетельствует о том, что дефекты пути биосинтеза инсулина также могут быть вовлечены в прогрессирование более распространенных типов диабета. В совокупности (пре) мутанты проинсулина предоставляют проницательные молекулярные модели, позволяющие лучше понять патогенез всех форм диабета, в которые вовлечены дефекты процессинга препроинсулина, неправильная укладка проинсулина и стресс ER.

Ключевые слова: Диабет Стресс эндоплазматического ретикулума Биосинтез инсулина Мутация гена инсулина Бета-клетки поджелудочной железы Неправильная укладка проинсулина.

Copyright © 2014 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Цифры

Эффекты INS -ген…

Эффекты INS -генные мутации на основных этапах биосинтеза инсулина.…

Три функциональных области препроинсулина…

Три функциональных области сигнального пептида препроинсулина и мутации, связанные с диабетом.…

Структуры растворов аналогов инсулина.…

Структуры растворов аналогов инсулина. A. Ансамбль ЯМР-производных структур DKP-инсулин дикого типа (WT).…

Две мутации сигнального пептида препроинсулина…

Две мутации сигнального пептида препроинсулина вызывают определенные клеточные дефекты в бета-клетках. А.…

Предлагаемая модель отказа бета-клеток и диабета, вызванного дефектами…


Использованная литература

Виттинг-Сееруп К. и Санделин А. Пейзаж переключателей изоформ при раке человека. Мол. Cancer Res. 15, 1206–1220 (2017).

Иноуэ, Д., Брэдли, Р. К. и Абдель-Вахаб, О. Мутации сплайсосомных генов при миелодисплазии: молекулярные связи с клональными аномалиями кроветворения. Genes Dev. 30, 989–1001 (2016).

Kim, E. et al. Мутации SRSF2 способствуют миелодисплазии за счет специфических для мутантов эффектов распознавания экзонов. Раковая клетка 27, 617–630 (2015).

Zhang, J. et al. Связанная с заболеванием мутация в SRSF2 неправильно регулирует сплайсинг, изменяя аффинность связывания РНК. Proc. Natl Acad. Sci. Соединенные Штаты Америки 112, E4726 – E4734 (2015).

Саез, Б., Вальтер, М. Дж. И Грауберт, Т. А. Мутации гена фактора сплайсинга при гематологических злокачественных новообразованиях. Кровь 129, 1260–1269 (2017).

Graubert, T.A. et al. Рецидивирующие мутации фактора сплайсинга U2AF1 при миелодиспластических синдромах. Nat. Genet. 44, 53–57 (2011).

Hirsch, C. M. et al. Молекулярные особенности миелодиспластического синдрома у взрослых с ранним началом. Haematologica 102, 1028–1034 (2017).

Papaemmanuil, E. et al. Соматическая мутация SF3B1 при миелодисплазии с кольцевыми сидеробластами. N. Engl. J. Med. 365, 1384–1395 (2011).

Пеллагатти, А. и Болтвуд, Дж. Мутации гена фактора сплайсинга при миелодиспластических синдромах: влияние на фенотип заболевания и терапевтические применения. Adv. Биол. Regul. 63, 59–70 (2017).

Papaemmanuil, E. et al. Клинические и биологические последствия мутаций драйвера при миелодиспластических синдромах. Кровь 122, 3616–3627 (2013).

Haferlach, T. et al. Пейзаж генетических поражений у 944 пациентов с миелодиспластическими синдромами. Лейкемия 28, 241–247 (2014).

Lindsley, R.C. et al. Онтогенез острого миелоидного лейкоза определяется отдельными соматическими мутациями. Кровь 125, 1367–1376 (2015).

Ley, T. J. et al. Мутации DNMT3A при остром миелоидном лейкозе. N. Engl. J. Med. 363, 2424–2433 (2010).

Баррейро, Л., Хлон, Т. М. и Старчиновски, Д. Т. Нарушение регуляции хронического иммунного ответа в патогенезе МДС. Кровь 132, 1553–1560 (2018).

Patra, M.C. и Choi, S. Недавний прогресс в молекулярном распознавании и терапевтическом значении киназы 4, ассоциированной с рецептором интерлейкина-1. Молекулы 21, 1529 (2016).

Yang, X. et al. Широкое распространение возможностей взаимодействия белков за счет альтернативного сплайсинга. Клетка 164, 805–817 (2016).

Dossang, A.C. et al. N-концевая петля домена гибели IRAK-4 регулирует упорядоченную сборку сигнального каркаса Myddosome. Sci. Rep. 6, 37267 (2016).

Феррао, Р. и др. Димеризация IRAK4 и трансаутофосфорилирование индуцируются сборкой Myddosome. Мол. Клетка 55, 891–903 (2014).

Бухер Р. Н., С. М., Сюй Г., Ченг Х., Так Д. П. Эффективность ингибитора IRAK4 CA-4948 в моделях ксенотрансплантатов, полученных от пациентов, диффузной крупноклеточной В-клеточной лимфомы. В Proc. Ежегодное собрание Американской ассоциации исследований рака, 2017 г. (AACR, 2017).

Gerstung, M. et al. Сочетание мутации гена с данными об экспрессии генов улучшает прогноз исходов при миелодиспластических синдромах. Nat. Commun. 6, 5901 (2015).

Илаган, Дж. О. и др. U2AF1 мутации изменяют распознавание сайтов сплайсинга при гематологических злокачественных новообразованиях. Genome Res. 25, 14–26 (2015).

Брукс, А. Н. и др. Пан-рак анализ изменений транскриптома, связанных с соматическими мутациями в U2AF1, выявляет обычно измененные события сплайсинга. PLoS One 9, е87361 (2014).

Fei, D. L. et al. U2AF1 дикого типа противодействует программе сплайсинга, характерной для u2af1-мутантных опухолей, и необходим для выживания клеток. PLoS Genet. 12, e1006384 (2016).

Yip, B.H. et al. В U2AF1 S34F mutation induces lineage-specific splicing alterations in myelodysplastic syndromes. J. Clin. Инвестировать. 127, 2206–2221 (2017).

Okeyo-Owuor, T. et al. U2AF1 mutations alter sequence specificity of pre-mRNA binding and splicing. Лейкемия 29, 909–917 (2015).

Shirai, C. L. et al. Mutant U2AF1-expressing cells are sensitive to pharmacological modulation of the spliceosome. Nat. Commun. 8, 14060 (2017).

Powers, J. P. et al. Discovery and initial SAR of inhibitors of interleukin-1 receptor-associated kinase-4. Биоорг. Med. Chem. Lett. 16, 2842–2845 (2006).

Maimon, A. et al. Mnk2 alternative splicing modulates the p38-MAPK pathway and impacts Ras-induced transformation. Cell Rep. 7, 501–513 (2014).

Hofmann, W. K. et al. Characterization of gene expression of CD34 + cells from normal and myelodysplastic bone marrow. Кровь 100, 3553–3560 (2002).

Pellagatti, A. et al. Deregulated gene expression pathways in myelodysplastic syndrome hematopoietic stem cells. Лейкемия 24, 756–764 (2010).

Kristinsson, S. Y. et al. Chronic immune stimulation might act as a trigger for the development of acute myeloid leukemia or myelodysplastic syndromes. J. Clin. Онкол. 29, 2897–2903 (2011).

Starczynowski, D. T. et al. Identification of miR-145 and miR-146a as mediators of the 5q– syndrome phenotype. Nat. Med. 16, 49–58 (2010).

Varney, M. E. et al. Epistasis between TIFAB and miR-146a: neighboring genes in del(5q) myelodysplastic syndrome. Лейкемия 31, 491–495 (2017).

Varney, M. E. et al. Loss of Tifab, a del(5q) MDS gene, alters hematopoiesis through derepression of Toll-like receptor–TRAF6 signaling. J. Exp. Med. 212, 1967–1985 (2015).

Rhyasen, G. W. et al. Targeting IRAK1 as a therapeutic approach for myelodysplastic syndrome. Раковая клетка 24, 90–104 (2013).

Beverly, L. J. & Starczynowski, D. T. IRAK1: oncotarget in MDS and AML. Oncotarget 5, 1699–1700 (2014).

Dussiau, C. et al. Targeting IRAK1 in T-cell acute lymphoblastic leukemia. Oncotarget 6, 18956–18965 (2015).

Ли, З. и др. Inhibition of IRAK1/4 sensitizes T cell acute lymphoblastic leukemia to chemotherapies. J. Clin. Инвестировать. 125, 1081–1097 (2015).

Goh, J. Y. et al. Chromosome 1q21.3 amplification is a trackable biomarker and actionable target for breast cancer recurrence. Nat. Med. 23, 1319–1330 (2017).

Adams, A. K. et al. IRAK1 is a novel DEK transcriptional target and is essential for head and neck cancer cell survival. Oncotarget 6, 43395–43407 (2015).

Wee, Z. N. et al. IRAK1 is a therapeutic target that drives breast cancer metastasis and resistance to paclitaxel. Nat. Commun. 6, 8746 (2015).

Lee, S. C. et al. Synthetic lethal and convergent biological effects of cancer-associated spliceosomal gene mutations. Раковая клетка 34, 225–241 (2018).

Yoshida, K. et al. Frequent pathway mutations of splicing machinery in myelodysplasia. Природа 478, 64–69 (2011).

Makishima, H. et al. Mutations in the spliceosome machinery, a novel and ubiquitous pathway in leukemogenesis. Кровь 119, 3203–3210 (2012).

Ogawa, S. Splicing factor mutations in AML. Кровь 123, 3216–3217 (2014).

Kon, A. et al. Физиологический Srsf2 P95H expression causes impaired hematopoietic stem cell functions and aberrant RNA splicing in mice. Кровь 131, 621–635 (2018).

Komeno, Y. et al. SRSF2 Is essential for hematopoiesis, and its myelodysplastic syndrome-related mutations dysregulate alternative pre-mRNA splicing. Мол. Cell Biol. 35, 3071–3082 (2015).

Obeng, E. A. et al. Physiologic expression of Sf3b1 K700E causes impaired erythropoiesis, aberrant splicing, and sensitivity to therapeutic spliceosome modulation. Раковая клетка 30, 404–417 (2016).

Mupo, A. et al. Hemopoietic-specific Sf3b1-K700E knock-in mice display the splicing defect seen in human MDS but develop anemia without ring sideroblasts. Лейкемия 31, 720–727 (2017).

Shirai, C. L. et al. Mutant U2AF1 expression alters hematopoiesis and pre-mRNA splicing in vivo. Раковая клетка 27, 631–643 (2015).

Komurov, K., Dursun, S., Erdin, S. & Ram, P. T. NetWalker: a contextual network analysis tool for functional genomics. BMC Genomics 13, 282 (2012).

Matsuoka, A. et al. Lenalidomide induces cell death in an MDS-derived cell line with deletion of chromosome 5q by inhibition of cytokinesis. Лейкемия 24, 748–755 (2010).

Rhyasen, G. W. et al. An MDS xenograft model utilizing a patient-derived cell line. Лейкемия 28, 1142–1145 (2014).

Sun, J. et al. Comprehensive RNAi-based screening of human and mouse TLR pathways identifies species-specific preferences in signaling protein use. Sci. Signal. 9, aab2191 (2016).

Komurov, K., White, M. A. & Ram, P. T. Use of data-biased random walks on graphs for the retrieval of context-specific networks from genomic data. PLoS Comput. Биол. 6, 1000889 (2010).

Stoilov, P., Lin, C. H., Damoiseaux, R., Nikolic, J. & Black, D. L. A high-throughput screening strategy identifies cardiotonic steroids as alternative splicing modulators. Proc. Natl Acad. Sci. Соединенные Штаты Америки 105, 11218–11223 (2008).

Fang, J. et al. Ubiquitination of the spliceosome auxiliary factor hnRNPA1 by TRAF6 links chronic innate immune signaling with hematopoietic defects and myelodysplasia. Nat. Иммунол. 18, 236–245 (2017).


Newly Discovered Mutation Causes Eye Disease

This image shows the damaged retina of a patient with a genetic mutation discovered by IRP investigators that causes the eye disease retinitis pigmentosa.

The Human Genome Project gave scientists an incredible roadmap of the thousands of genes used to construct the human body. However, many individuals harbor DNA that differs markedly from the standard reference sequence produced by that initiative, and these variations can have profound implications for a person’s health. A recent study led by IRP scientists has uncovered yet another of these genetic variants, a rare mutation that causes the eye disease retinitis pigmentosa. 1

Retinitis pigmentosa is one of the most common diseases of the retina, the part of the eye that contains light-sensing cells called photoreceptors. In patients with the condition, the photoreceptors degenerate over time, leading first to poor night vision and deteriorating peripheral vision and eventually causing substantial vision loss that leaves patients legally blind.

Mutations in more than 50 genes are known to cause retinitis pigmentosa. IRP senior investigator J. Fielding Hejtmancik, M.D., Ph.D., has been working for over a decade with researchers at Johns Hopkins University and the Center for Excellence in Molecular Biology in Lahore, Pakistan, to identify previously unknown genetic mutations that cause inherited eye diseases. By sequencing the DNA of 143 Pakistani families containing several members with retinitis pigmentosa, the project discovered that multiple affected individuals in five families had a never-before-seen change in a gene called CLCC1, which provides the genetic blueprint for building a channel that moves around chloride ions within cells. Around the same time, a research group in the UK found the same mutation in three other families with Pakistani ancestry and a family history of retinitis pigmentosa, which spurred a collaborative effort to investigate it.

“Finding that this mutation in an intracellular chloride channel caused the disorder threw us for a bit of a loop,” Dr. Hejtmancik says. “It’s not part of the other groups of proteins known to be involved in the disease. Finding something that’s completely outside those groups was a bit of a surprise for us.”

Prior to that discovery, the CLCC1 chloride channel had been largely ignored by the scientific community, with just a single study having examined it nearly three decades ago. 2 Yet the gene’s sequence is remarkably similar across a number of different species from zebrafish to mice to humans, suggesting that it plays an important role in cells.

When Dr. Hejtmancik’s team inserted a mutated version of the CLCC1 channel into human and chicken retinal cells, the abnormal molecule accumulated in a structure called the endoplasmic reticulum that generates and transports cellular proteins. In addition, when Dr. Hejtmancik’s team knocked down the activity of the gene in lab-grown human retinal cells, roughly 10 percent of the cells activated a cellular self-destruct process and died, compared to less than one percent of control cells.

“It’s sort of a double whammy,” Dr. Hejtmancik says. “The absence of CLCC1’s function will kill the cell, and having that damaged protein hanging around in the endoplasmic reticulum probably doesn’t help either.”

Further experiments showed that zebrafish larvae without the CLCC1 gene had abnormal retinas with fewer photoreceptors, which showed signs of degeneration. Injecting these zebrafish with genetic material that allowed their cells to manufacture the CLCC1 channel partially reversed those abnormalities. Mice missing just one copy of the gene had similar retinal defects.

More work will be needed to pin down precisely what the CLCC1 chloride channel does in cells both within and outside the retina, as well as why the CLCC1 mutation causes retinitis pigmentosa. Even without that knowledge, Dr. Hejtmancik’s findings will enable genetic counseling for retinitis pigmentosa patients with the CLCC1 mutation, and further down the line it may be possible to correct the mutation’s consequences using gene therapy.

“We might clinically do some good for some patients at some point, especially if we can do gene therapy,” Dr. Hejtmancik says. “But in the near term, this study really serves as a guidepost for future investigations into the physiology and biochemistry of the retina. It provides a foundation for all the other studies that will be done, many of which will have practical implications.”

Subscribe to our weekly newsletter to stay up-to-date on the latest breakthroughs in the NIH Intramural Research Program.

Использованная литература:

[1] Mutation in the intracellular chloride channel CLCC1 associated with autosomal recessive retinitis pigmentosa. Li L, Jiao X, D'Atri I, Ono F, Nelson R, Chan CC, Nakaya N, Ma Z, Ma Y, Cai X, Zhang L, Lin S, Hameed A, Chioza BA, Hardy H, Arno G, Hull S, Khan MI, Fasham J, Harlalka GV, Michaelides M, Moore AT, Coban Akdemir ZH, Jhangiani S, Lupski JR, Cremers FPM, Qamar R, Salman A, Chilton J, Self J, Ayyagari R, Kabir F, Naeem MA, Ali M, Akram J, Sieving PA, Riazuddin S, Baple EL, Riazuddin SA, Crosby AH, Hejtmancik JF. PLoS Genet. 2018 Aug 2914(8):e1007504. doi: 10.1371/journal.pgen.1007504. [Epub ahead of print]

[2] Identification of a novel chloride channel expressed in the endoplasmic reticulum, golgi apparatus, and nucleus. Nagasawa M, Kanzaki M, Iino Y, Morishita Y, Kojima I. J Biol Chem. 2001 Jun 8276(23):20413-8. Epub 2001 Mar 5.


2) Alkylating, Intercalating, and Adduct-Forming Agents cause induced mutation

A number of naturally occurring and human-made chemicals alter the structure of ДНК и причина induced mutations. В sulfur-containing mustard gases, discovered during World War I, were some of the first chemical mutagens identified in chemical warfare studies.

Mustard gases находятся alkylating agents—that is, they donate an alkyl group, such as CH3 or CH3CH2, to amino or keto groups in nucleotides. Ethylmethane sulfonate (EMS), for example, alkylates the keto groups in the number 6 position of guanine and in the number 4 position of thymine.

As with base analogs, base-pairing affinities are altered, and transition mutations result. For example, 6-ethylguanine acts as an analog of adenine and pairs with thymines. Интеркалирующие агенты are chemicals that have dimensions and shapes that allow them to wedge between the base pairs of DNA.

When bound between base pairs, intercalating agents cause base pairs to distort and DNA strands to unwind. These changes in DNA structure affect many functions including transcription, replication, and repair. Deletions а также insertions occur during Репликация ДНК and repair, leading to frameshift mutations.

Some intercalating agents are used as DNA stains. An example is ethidium bromide, a fluorescent compound. That is commonly used in molecular biology laboratories to visualize DNA during purifications and гель-электрофорез.

The mutagenic characteristics of both ethidium bromide and the ultraviolet light used to visualize its fluorescence, that mean this chemical must be used with caution.

Other intercalating agents are used for cancer chemotherapy. Examples are doxorubicin, which is used to treat Hodgkin’s lymphoma а также dactinomycin, which is used to treat a variety of sarcomas.

Because cancer cells undergo Репликация ДНК more frequently than noncancer cells. They are more sensitive than normal cells to the mutagenic and damaging effects of these chemotherapeutic agents.

Another group of chemicals that cause induced mutations are known as adduct-forming agents. A DNA adduct is a substance that covalently binds to DNA, altering its conformation and interfering with replication and repair.

Two examples of adduct-forming substances are,

  1. ацетальдегид (a component of cigarette smoke)
  2. heterocyclic amines (HCAs).

HCAs are cancer-causing chemicals that are created during the cooking of meats such as beef, chicken, and fish. HCAs are formed at high temperatures from amino acids and creatine. Many HCAs covalently bind to guanine bases. По меньшей мере 17 different HCAs have been linked to the development of cancers, such as those of the stomach, colon, and breast


The How and the Why

Scientists ask these sorts of questions and test them based on previous knowledge and future predictions. Some common questions focus on how a trait develops. This is known as the proximate cause. The proximate cause of the wing color in the peppered moth is genetic. A specific gene codes for whether they have light or dark-colored wings. In moths that survive and reproduce, the genes for a specific color is passed to their offspring.

Now, let’s look at the bigger picture. Why might an animal like the peppered moth have colored wings? Why a trait evolves is known as the ultimate cause. We now know that the wings of the peppered moth help the moths blend in. By blending in, their chances of survival increase. So in a specific environment, one wing color may help more moths survive than the other wing color. That's a pretty important benefit. The proximate cause and ultimate cause are often both involved in bringing about a trait that helps an organism survive in its niche.

Bicycling can be used as another example of proximate vs. ultimate causation. Щелкните для получения более подробной информации.

Understanding both the proximate and ultimate causes helps us to understand why traits change over time. In non-polluted forests, moths with light wings were more likely to survive. In polluted forests, moths with dark wings blended in better. They were less likely to get eaten by birds and could then reproduce and pass their wing colors on.

We can also look at more familiar problems in terms of proximate or ultimate questions. Think of a bicycle. To go forward, you move the pedals. This turns the wheels, moving the bike. That is the proximate cause of how a bike works.

But what are the ultimate causes of why the bike moves? One proposal is that humans needed a faster way to get around. We designed the bike to help us move around faster and use our time more wisely.

If you're still confused about proximate vs. ultimate, try to think of it in a different way. Proximate and ultimate explanations also differ in the time scale over which they act. Proximate explanations focus on things that occur during the life of an individual. Ultimate explanations focus on things that occur in populations over many generations. Think you have a handle on the how and the why of biology?


Yes And No

As L.Dutch pointed out, retroviruses routinely insert their RNA into the DNA of the host cell. If such a virus were carefully engineered, and targeted germ cells (sperm and eggs), it could introduce some scattershot mutations that could result in much more rapid evolution in the progeny of the people infected by the virus. (And result in a много more stillbirths/miscarriages as mutations kill more often than they're beneficial.)

В The Cave, what the creatures do is not evolution. They change, as an extant organism, from one form to another. Это невозможно. Changing the DNA of a host all at once is impossible, and the changes required for major phenotypic (body structure) change would be lethal to an organism not evolved to handle it (insects with cocoons, etc.)

Even leaving aside the impossibility of non-lethal whole-organism phenotype change, the energy demands would be astronomical. Think of how adolescents eat, but much more dramatically.

So could you introduce a virus into a population which would increase the rate of mutation and thereby increase the "rate" of evolution? да. Would it be anything like The Cave? Нет. The Cave's parasites are magic.


Gene Study Shows Blond Hair Color Is Just Skin Deep

For thousands of years, people have both prized and mocked blond hair. Now, a new study shows that many can thank a tiny genetic mutation—a single letter change from an A to a G among the 3 billion letters in the book of human DNA—for their golden locks.

The mutation "is the biological mechanism that helps create that [blond] color naturally," said David Kingsley, a professor of developmental biology at Stanford University and a Howard Hughes Medical Institute investigator, who led the research. "This is a great biological example of how traits can be controlled, and what a superficial difference blond hair color really is."

Kingsley, a brunet, said the study, published today in Nature Genetics, also offers a powerful insight into the workings of the human genome. The mutation doesn't alter the protein production of any of the 20,000 genes in the human genome, he said. Instead, in people of European ancestry, it causes blond hair through a 20 percent "turn of the thermostat dial" that regulates a signaling gene in the hair follicles of the skin.

Elsewhere in the body, that signaling gene is involved in the formation of blood, egg, sperm, and stem cells. Turning such a gene entirely on or off could be devastating. But a tiny mutation that tweaks the gene's activity in only one area—in this case the skin—allows for harmless changes, he said.

Pardis Sabeti, a computational biologist at Harvard University and Broad Institute who was not involved in the research, said the study is a "beautiful demonstration" of this kind of tweaking, which has previously been poorly understood. To find a single letter change and prove that it is a big driver of blond hair is a major scientific accomplishment, she said.

A Subtle Change With Big Results

To find the blond-hair gene mutation, Kingsley and his team looked at an area of the genome previously linked to blondness in people from Iceland and the Netherlands. They painstakingly identified the exact letter change that gives a person blond hair.

The researchers tested what that letter change did in human skin cells grown in a petri dish. The cells showed a reduction in activity in the switch that controls the signaling gene. Then Kingley's group bred lines of mice that either had the mutation or didn't have it. The single-letter change didn't create blond mice, but those with the mutation had coats of a lighter color than those without.

Learning the mechanism behind something as common—and as universally recognizable—as hair color, can help explain how genes work in other contexts, such as illnesses, where the stakes are higher, Kingsley said. "Understanding these principles will help people . trying to find drugs for diseases."

Hopi Hoekstra, a professor of genetics at Harvard who was not involved in the research, said the new finding confirms what researchers had long suspected: that small changes in gene expression caused by only a single DNA base pair change can lead to major changes in traits.

Hair color "is a great starting point to do this type of molecular dissection" because it's simple to see whether the mutation results in a change in appearance, she said. "But it highlights how difficult this is going to be for more complex human traits, like mental illness, which we've never been very good at measuring."

The blond hair mutation—or variant—is not genetically linked to any other traits, even eye color, Kingsley said, showing that none of our stereotypes about blonds are true. In contrast, many other human variants, such as some that cause red hair, are known to affect the protein structure of genes, and therefore trigger changes everywhere in the body the gene is expressed. Red hair, fair skin, and lighter eyes tend to travel as a package, he said, and may even be genetically paired with greater sensitivity to pain and temperature changes—though probably not fiery tempers.


Смотреть видео: Biologie; cl. IX, Maladii ereditare genice şi cromozomiale la om (June 2022).