מוטציה נקודתית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
דוגמאות לסוגים שונים של מוטציות נקודתיות והשפעתן על קודונים

מוטציה נקודתית (בעברית: תשנית נקודתית[1]) או החלפה היא מוטציה גנטית, שבה נוקליאוטיד בודד מוחלף, מתווסף או מוסר מרצף DNA או RNA בגנום של אורגניזם. למוטצייה נקודתיות יכולות להיות השפעות שונות על התוצר החלבוני, ולעיתים ניתן לחזות השלכות של מוטציות ספציפיות. ייתכן שלהחלפה לא תהיה השפעה כלל על התוצר החלבוני, והדבר מכונה החלפה נרדפת, אך ייתכנו השלכות עם פוטנציאל הרסני, כגון מוטציית פסק ומוטציית סלף. מוטציות נקודתיות הן הסוג הדומיננטי של SNP בגנום.

גורמים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מקורן של המוטציות הנקודתיות הוא לרוב בתהליך שכפול ה-DNA. שכפול קורה כאשר DNA דו-גדילי נפרד לשני גדילים, אשר כל אחד מהם משמש תבנית ליצירת גדיל משלים, ולפיכך הכנסה של מוטציה נקודתית תשוכפל הלאה. ההכנסה יכולה לקרות בצורה ספונטנית. קצב יצירת המוטציות עולה בחשיפה למוטגנים. מוטגנים יכולים להיות פיזיקליים, כגון קרינת UV, קרני X, חשיפה לחום קיצוני או לכימיקליים מסוימים שפוגעים ב-DNA.

ישנם מנגנונים שונים שמובילים ליצירת מוטציה נקודתית. קרינת UV ואור בתדירות גבוהה מסוגלים ליינן אלקטרונים, ובכך להשפיע על הבסיסים המרכיבים את ה-DNA או ה-RNA. מולקולות חמצן פעילות בעלות רדיקלים חופשיים, שהם תוצר לוואי של מטבוליזם תאי גם עלולות להזיק. תוצרי היינון והרדיקלים החופשיים יכולים לגרום לשבר חד- או דו- גדילי. שלמות ה-DNA יכולה להיפגע כתוצאה מדגרדציה של הקשרים הכימיים בין המולקולות שמרכיבות אותו. בנוסף, טעויות של אנזימים המשתתפים בתהליך יכולים להוביל להחלפה, החסרה או הכנסה של מוטציות.

סיווג[עריכת קוד מקור | עריכה]

החלפים בדומה ובשונה[עריכת קוד מקור | עריכה]

החלף בדומה מסומן באות אלפא, החלף בשונה מסומן באות בטא

בשנת 1959 ארנסט פריס טבע את המונחים הֶחְלֵף בְּדוֹמֶה (transition) והֶחְלֵף בְּשׁוֹנֶה (transversion) כדי לסווג מוטציות נקודתיות שונות. החלף בדומה הוא מצב שבו פורין מוחלף בפורין אחר, או החלפה של פירימידין בפירימידין. החלף בשונה הוא מצב שבו פורין מוחלף בפירמידין, או הפוך - החלפה של פירימידין בפורין. מצב של החלף בדומה נפוץ פי עשרה מאשר החלף בשונה.

סיווג תפקודי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מוטציית פסק כוללות מצבים בהם המוטציה מובילה ליצירת קודון סיום מוקדם מהמצב הרגיל (stop-gain), ובהם נוצר חלבון קצר מהרגיל, וכן מצבים בהם המוטציה קורית בבסיסים השייכים לקודון הסיום עצמו ומובילים לביטולו (stop-loss) כך שנוצר חלבון ארוך מהרגיל. מוטציה נקודתית עלולה גם להוביל ליצירה של קודון התחלה (AUG) מוקדם מהרגיל, באזור הלא מתורגם של רצף ה-RNA, ובכך להשפיע על תהליך השעתוק כולו (start-gain). המוטציה עלולה גם לפגוע בקודון ההתחלה ולשנות אותו, ובכך ייתכן שה-RNA כלל לא יתורגם (start-loss).

מוטציית סלף גורמות לקידוד של חומצה אמינית אחרת מהרגיל, באמצעות שינוי בסיס היוצר קודון לא תקין. עם זאת, ייתכן שהחומצה האמינית החריגה דומה בתכונותיה לחומצה האמינית המקורית או שמיקום המוטציה הוא באזור פחות חשוב בחלבון, ולכן רוב החלבונים יכולים לשאת מספר נמוך של מוטציות סלף בלי פגיעה משמעותית בתפקוד החלבון. במקרים אחרים, מספיקה מוטציה נקודתית אחת כדי להוביל למחלה, כגון באנמיה חרמשית, שבו מוטציה נקודתית משנה חומצה גלוטמית אחת לוולין בחלבון בטא המוגלובין ובכך פוגעת בתפקודו. ייתכן גם מצב שבו מוטציה תגביר פעילות של חלבון, וזהו המצב האופייני במוטציות שונות המעורבות במחלות סרטן שונות, כגון החלפה של ולין בחומצה גלוטמית בחלבון BRAF, שמוביל לשגשוג תאים.

מוטציה שקטה היא מוטציה נקודתית שלא מובילה לשינוי של חומצה אמינית (החלפה נרדפת). סוג זה של מוטציה אינו מוביל לפגיעה בתפקיד החלבון, מכיוון שהקודון אינו משתנה ולכן החלבון שנוצר זהה לזה שנוצר במצב תקין. על אף שלהחלפה נרדפת אין השפעה על רצף החלבון, היא משפיעה על רמות הביטוי של החלבון.

הכנסה או הוצאה של נוקליאוטיד בודד[עריכת קוד מקור | עריכה]

מוטציה נקודתית שבה בסיס אחד מתווסף או מוסר מרצף עלול להוביל למוטציית הסט, ובכך ליצור חלבון לא תקין. מכיוון שהקודונים נקראים בשלשות, הוצאה או הכנסה של בסיס אחד משנה את סדר השלשות, ובכך גורם לחלבון שמאותה נקודה והלאה שונה לחלוטין מהחלבון המקורי.

השלכות כלליות[עריכת קוד מקור | עריכה]

למוטציות נקודתיות באזורים שאינם מקודדים אין השלכות, אך יש יוצאים מן הכלל. לא כל ה-DNA של יצור משמש ליצירת חלבונים. אחוז ה-DNA הלא-מקודד מתוך הגנום משתנה מאוד בין יצורים שונים. אצל פרוקריוטים בעיקר האחוז שלו נמוך, בעוד שבאויקריוטים הוא גבוה, אך משתנה מאוד בין טקסונים שונים ולעיתים אפילו בין מינים קרובים. באדם הוא מהווה כ-98% עד 99% מן הגנום. עם זאת, ישנה מחלוקת מדעית לגבי אחוז ה-DNA הלא-מקודד שיש לו תפקוד בהשוואה לאחוז של DNA לא-תפקודי, וההערכות נעות בין 8%-80% מהגנום. אם המוטציה הנקודתית מתרחשת באזור תפקודי כזה, כגון בקדם או במעצם, עלולה להיות השפעה על רמת הביטוי של החלבון. לאזורים אלו נקשר גורמי שעתוק, אשר חלקם מזהים רצף DNA ספציפי, ולכן למוטציה נקודתית באתר הקישור עלולה להיות השלכה על יעילות תהליך השעתוק, דבר שישפיע על רמות ה-mRNA וייתכן שאף על רמות החלבון. דוגמה נוספת היא פגיעה באתר שחבור של אינטרון, כך שכעת תהליך השחבור לא יתבצע והאינטרון יכלל בתעתיק ה-mRNA הבשל. כ-15% מהמוטציות הנקודתיות אשר גורמות למחלות באדם נגרמות כתוצאה משיבושים בתהליך השחבור.

למוטציות נקודתיות ב תאי המין ישנן השלכות לא רק על היצור שבו אירעה המוטציה, אלא גם על הדורות הבאים. המוטציה לא בהכרח הרסנית - ייתכן שהשינוי ברצף יעניק ליצור התאמה יותר טובה לסביבתו, ודבר זה יוביל להתפשטות המוטציה באוכלוסייה. תאוריית האבולוציה נשענת על קיומן של מוטציות כאלו. התיאוריה מסבירה את המגוון וההיסטוריה של היצורים החיים, וטוענת שמוטציה נקודתית המעניקה יתרון ליצור תסייע לו לשרוד ולהתרבות, ובכך הוא מעביר את המוטציות בעלות היתרון לדורות הבאים. מהצד השני, מוטציות מזיקות הפוגעות ביצור יפגעו בהתאמתו לסביבה, מה שיוריד את סיכויי הרבייה שלו ולמניעת העברת המוטציות הללו הלאה, ותהליך זה מכונה ברירה טבעית.

ישנם השלכות קצרות-טווח וארוכות-טווח שעלולות להיווצר כתוצאה ממוטציה נקודתית. לדוגמה, מוטציות שונות עלולות לעצור את מחזור התא בנקודות שונות. ייתכנו בעיות בתהליכי השעתוק, השכפול והמיוזה. לעיתים בעיות אלו יובילו למוות תאי. השלכות ארוכות-טווח יקרו כאשר מוטציה תוטמע בגנום ותשרוד תהליך חלוקה תאית.

מוטציה שתוביל לשינוי באזור המקודד וברצף חומצות האמינו של חלבון, יכול להוביל לשינוי בפעילות החלבון, במבנהו התלת-ממדי, במיקומו, ביציבותו ובאפשרותו ליצור קשרים עם חלבונים אחרים. שיטות רבות מנסות לחזות את ההשלכות של מוטציות כאלו על החלבון. חוקרים נעזרים באלגוריתמים של למידת מכונה, שבה המכונה מקבלת רשימה של מוטציות ידועות להן אין השלכה רפואית ומוטציות אשר מובילות למצבים רפואיים שונים. מודלים שונים משלבים רמות נוספות של ידע, כגון רמת השמירות האבולציונית של הנקודה הספציפית בגנום של יצורים שונים.

דוגמאות למחלות הנגרמות עקב מוטציה נקודתית[עריכת קוד מקור | עריכה]

סרטן[עריכת קוד מקור | עריכה]

מוטציות נקודתיות בחלבונים מדכאי גידולים גורמות לסרטן. לדוגמה, מוטציות נקודתיות שונות בחלבון Adenomatous Polyposis Coli המשועתק מהגן APC מעודד יצירת גידולים. באונקוגנים ממקור אנושי, רוב המוטציות שמוליכות לגידולים סרטניים מהוות החלפה של חומצת אמינו בודדת בתוך רצף החלבון[2]. מוטציות נקודתיות נפוצות מאוד במשפחת חלבוני ras, וההערכה היא כי 25% מכלל גידולי הסרטן האנושיים כוללים לפחות מוטציה אחת בחלבון ממשפחת ras[3].

נוירופיברומטוזיס[עריכת קוד מקור | עריכה]

נוירופיברומטוזיס יכולה להיגרם מממוטציה נקודתית בגן NF1 או בגן NF2.

אנמיה חרמשית[עריכת קוד מקור | עריכה]

באנמיה חרמשית, נוקליאוטיד מספר 20 בגן של שרשרת בטא של החלבון המוגלובין משתנה עקב החלפה של אדנוזין בתריאונין, כך שרצף ה-DNA משתנה מ-GAG לרצף GTG, ולכן התרגום לחומצה אמינית משתנה מחומצה גלוטמית, ובעמדה מספר 6 יופיע ולין.

טאי זקס[עריכת קוד מקור | עריכה]

בטאי זקס, מוטציה נקודתיות בחלבון β-הקסוזאמינידאז-A המשועתק מהגן HEXA מוביל לפגיעה בפעילותו התקינה כליזוזום, דבר המונע פירוק של גנגליוזידים ולהצטרבותם בגוף.

עיוורון צבעים[עריכת קוד מקור | עריכה]

אחדים מהגנים האחראיים על ראיית הצבעים קל לעבור מוטציה, ולכן מוטציות שונות בגנים אלו עלולות להוביל לפגיעה ביכולות ההבחנה בין צבעים שונים, ולפיכך לעיוורון צבעים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא מוטציה נקודתית בוויקישיתוף

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ תַּשְׁנִית נְקֻדָּתִית במילון ביולוגיה כללית (תשס"ט), 2009, באתר האקדמיה ללשון העברית
  2. ^ J.Michael Bishop, Molecular themes in oncogenesis, Cell 64, 1991-01, עמ' 235–248 doi: 10.1016/0092-8674(91)90636-d
  3. ^ Hobbs, G. A., Der, C. J., & Rossman, K. L. (2016). RAS isoforms and mutations in cancer at a glance. Journal of cell science, 129(7), 1287-1292.