Τι είναι η μετάλλαξη διαγραφής;

Μετάλλαξη διαγραφής είναι όταν ένα νουκλεοτίδιο αφαιρείται από το DNA. Αυτό αλλάζει το πλαίσιο ανάγνωσης της μεταγραφής που προκαλεί το σχηματισμό μιας κακομορφωμένης πρωτεΐνης.

Κάθε ένα από τα κύτταρά μας είναι ένα ισχυρό μηχάνημα που μπορεί να εκτελέσει όλες τις εργασίες του με εντυπωσιακή αποτελεσματικότητα, αλλά όπως μας έδειξε ένα από τα μεγάλα διδάγματα της εξέλιξης και της φυσικής επιλογής, τα κύτταρα μας δεν είναι τέλεια. Πιο συγκεκριμένα, η ικανότητα των κυττάρων μας να αναπαράγονται σε δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα κατά την κυτταρική διαίρεση δεν είναι μια 100% εγγυημένη διαδικασία. Μπορούν να συμβούν λάθη κατά την αντιγραφή του DNA και ένα από τα πιο συνηθισμένα λάθη σε αυτή τη διαδικασία ονομάζεται μετάλλαξη διαγραφής.

Ωστόσο, προτού μπορέσουμε να μπούμε στις ιδιαιτερότητες αυτού του τύπου μετάλλαξης, είναι σημαντικό να ρίξουμε μια σύντομη ματιά στη βασική διαδικασία αντιγραφής του DNA στον πυρήνα των κυττάρων.

Επισκόπηση αντιγραφής DNA

Όπως ίσως γνωρίζετε ήδη, το DNA μας αποτελείται από νουκλεοτίδια, την υπομονάδα του γενετικού μας υλικού. Κάθε ένα από αυτά τα νουκλεοτίδια έχει τρία μέρη, ένα σάκχαρο που ονομάζεται δεοξυριβόζη, μια φωσφορική ομάδα και μια αζωτούχα βάση. Όταν κοιτάζετε την κλασική εικόνα ενός κλώνου DNA διπλής έλικας, τα εξωτερικά μέρη της «σκάλας» αποτελούνται από φωσφορικές ομάδες και σάκχαρα, ενώ τα «σκαλοπάτια» της σκάλας αποτελούνται από ζεύγη αζωτούχων βάσεων. Εδώ συμβαίνει η δράση όσον αφορά τις γενετικές μας πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένης της αντιγραφής τους σε νέους κλώνους DNA για τον πυρήνα των θυγατρικών κυττάρων πριν από την κυτταροκίνηση.

(Φωτογραφία:Forluvoft / Wikimedia Commons)

Τώρα, αυτές οι αζωτούχες βάσεις —ανάλογα με τον αριθμό των μορίων υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου που περιέχουν— αποτελούν τον βασικό παράγοντα διαφοροποίησης μεταξύ των τεσσάρων πλήρων νουκλεοτιδίων, αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη (αντιπροσωπεύεται από τους A, G, C και T). Η θυμίνη και η αδενίνη ζευγαρώνουν πάντα μαζί, όπως και η γουανίνη και η κυτοσίνη. Κάθε κλώνος DNA έχει έναν κύριο κλώνο και έναν συμπληρωματικό κλώνο, καθένας από τους οποίους περιέχει νουκλεοτίδια που ζευγαρώνουν κατά μήκος των βαθμίδων της σκάλας διπλής έλικας. Για παράδειγμα, μια Γουανίνη στον κύριο κλώνο θα ζευγαρωθεί με μια κυτοσίνη στον συμπληρωματικό κλώνο. Κάθε ένα από αυτά τα ζεύγη νουκλεοτιδίων ονομάζεται ζεύγος βάσεων και κάθε τρία ζεύγη βάσεων σχηματίζει κάτι που ονομάζεται κωδικόνιο. Κάθε κωδικόνιο «κωδικοποιεί» ένα αμινοξύ, τη θεμελιώδη μονάδα των πρωτεϊνών.

Κατά τη διαδικασία της αντιγραφής του DNA, και πιο συγκεκριμένα, της μεταγραφής, η DNA πολυμεράση ξεκινά από ένα κωδικόνιο και κινείται προς τα κάτω στη γραμμή του γονιδίου, αντιγράφοντας κάθε κατάλληλη βάση νουκλεοτιδίου στον αντίθετο κλώνο του mRNA. Ωστόσο, αυτή η αντιγραφή δεν γίνεται πάντα με ακρίβεια, με αποτέλεσμα μια μετάλλαξη διαγραφής.

Τι είναι η μετάλλαξη διαγραφής;

Όταν η DNA πολυμεράση κινείται προς τα κάτω στον κλώνο μήτρας του DNA, μπορεί περιστασιακά να γλιστρήσει, ουσιαστικά παρακάμπτοντας ένα ή περισσότερα από τα νουκλεοτίδια. Αυτό σημαίνει ότι η αλληλουχία δεν θα μεταγραφεί σωστά από τον κλώνο DNA στον αντίστοιχο κλώνο mRNA. Αντίθετα, ολόκληρη η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων θα μετατοπίσει το «πλαίσιο ανάγνωσης», με αποτέλεσμα κάτι που ονομάζεται μετατόπιση πλαισίου. Όπως εξηγήθηκε παραπάνω, δεδομένου ότι τα ζεύγη βάσεων ομαδοποιούνται σε ομάδες των τριών, που ονομάζονται κωδικόνια, τα οποία έχουν ως αποτέλεσμα συγκεκριμένα αμινοξέα, μια μετατόπιση πλαισίου μπορεί να διαταράξει αυτό το μοτίβο, αλλάζοντας όλα τα ζεύγη βάσεων, τα κωδικόνια και τα επόμενα αμινοξέα/πρωτεΐνες μετά από αυτή τη διαγραφή ενός νουκλεοτιδική βάση.

Το γονίδιο που παράγεται μπορεί επομένως να μην μπορεί να λειτουργήσει. Ένα μη λειτουργικό γονίδιο μπορεί να έχει ένα ευρύ φάσμα επιπτώσεων, από αβλαβές έως εξαιρετικά επιζήμιες, ανάλογα με το πού στο γονίδιο συμβαίνει μια τέτοια διαγραφή, καθώς και με το είδος του κυττάρου που βιώνει τη διαγραφή. Σε ορισμένες περιπτώσεις, εάν διαγραφούν τρία νουκλεοτίδια (π.χ., ένα πλήρες κωδικόνιο), θα έχει ως αποτέλεσμα να λείπει ένα αμινοξύ από μία πρωτεΐνη, κάτι που μπορεί να είναι σοβαρό πρόβλημα, ανάλογα με τις λεπτομέρειες της μετάλλαξης διαγραφής. Εάν διαγραφούν ένα ή δύο νουκλεοτίδια και συμβεί μεγαλύτερη μετατόπιση πλαισίου, τότε τα αποτελέσματα θα είναι πιο εκτεταμένα στη συνολική αλληλουχία DNA. Αυτό θα διαταράξει επίσης τη σειρά των ανόητων κωδικονίων (πλήρωσης) και θα σταματήσει τα κωδικόνια, καθιστώντας τη σωστή αναπαραγωγή ακόμη πιο δύσκολη.

Στην περίπτωση της μείωσης, μακριές τομές DNA μπορούν να μεταφερθούν από τη μια αλυσίδα στην άλλη - μια διαδικασία που ονομάζεται διασταύρωση - και εάν αυτά τα τμήματα δεν έχουν το ίδιο μήκος ή εάν υποφέρουν από διαγραφές, μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερα τμήματα Το DNA αποτυγχάνει να μεταγραφεί σωστά.

Είναι σοβαρές οι μεταλλάξεις διαγραφής;

Αυτοί οι τύποι γενετικών μεταλλάξεων δεν πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη, αλλά όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα κύτταρά μας είναι απίστευτα πολύπλοκα και αποτελεσματικά μηχανήματα, τόσο πολύ που μπορούν ακόμη και να πιάσουν μερικά από τα δικά τους λάθη προτού να έχουν αρνητικό αντίκτυπο στην αντιγραφή του DNA. Ενώ η DNA πολυμεράση είναι το κύριο ένζυμο μεταγραφής, υπάρχει ένα δεύτερο ένζυμο, η εξωνουκλεάση, που θα ακολουθήσει πίσω από την πολυμεράση και θα εξαλείψει τυχόν τμήματα του DNA που δεν ταιριάζουν απόλυτα με το πρότυπο. Αν και η αποκοπή των ακατάλληλων τμημάτων μπορεί να αποφύγει ορισμένα λάθη, αυτό δεν είναι το τέλειο σύστημα για ανίχνευση.

Ευτυχώς, αυτοί οι τύποι μεταλλάξεων δημιουργούν μόνο φαινοτυπικές διαφορές όταν εμφανίζονται σε κύτταρα που θα οδηγήσουν στην αναπαραγωγή, δηλαδή στους ιστούς των γαμετών. Μικρές διαγραφές σε τέτοια κύτταρα μπορεί να οδηγήσουν σε μικρές σωματικές ανωμαλίες, αλλά μεγαλύτερες διαγραφές μπορεί να προκαλέσουν αποβολή, σοβαρά γενετικά ελαττώματα και υψηλότερο κίνδυνο πρόωρου θανάτου. Σε άλλα κύτταρα του σώματος, τέτοιες μεταλλάξεις διαγραφής έχουν μικρότερη επίδραση στη λειτουργία μεγάλης κλίμακας. Για τους ανθρώπους, όταν συμβαίνουν τέτοιες μεταλλάξεις, έχουν βλαβερές συνέπειες λιγότερο συχνά από ό,τι θα περίμενε κανείς, λόγω της ακριβούς μηχανικής του πυρήνα του κυττάρου.

Τούτου λεχθέντος, όταν ένα παιδί γεννιέται μετά από σοβαρές μεταλλάξεις διαγραφής, υπάρχουν μερικές ασθένειες που είναι γνωστό ότι συνδέονται άμεσα, όπως η κληρονομική νευροπάθεια, το σύνδρομο Smith-Magenis και το σύνδρομο Williams-Beuren, καθώς και ορισμένες σωματικές ανωμαλίες, όπως ως μικρότερο μέγεθος ανάστημα.

Μια τελευταία λέξη

Σκεφτόμαστε το σώμα μας ως αυτοσυντηρούμενες μηχανές και σιχαίνουμε να παραδεχτούμε ότι όλα τα κινούμενα μέρη μας δεν πάντα δουλεύει σωστά. Ωστόσο, συμβαίνουν ατυχήματα και συμβαίνουν μεταλλάξεις. Η κατανόηση των μηχανισμών πίσω από τέτοιες μεταλλάξεις και πώς μπορεί να επηρεάσουν την υγεία μας παρέχει μια καλύτερη προοπτική τόσο για την εσωτερική μας λειτουργία όσο και για τη συνολική μας λειτουργία ως άνθρωποι!