Secventa bazelor dintr-o gena dicteaza, in final, secventa de aminoacizi dintr-o proteina specifica (ura 65-2).Coliniaritatea dintr-o molecula de ADN si secventa proteica este obtinuta prin codul genetic. Cele patru tipuri de baze din ADN sunt aranjate in triplete, fiecare formand a modificarii. Aceasta se produce in secventa primara de nucleotide, iar schimbarile, cum ar fi cele ce implica metilari, sunt considerate a fi evenimente epigenetice. Mutatiile in celulele somatice pot avea semnificatie in producerea cancerului sau in procesul imbatranirii, si, pe de alta parte, pot fi de mica importanta fenotipica. Mutatiile in celulele germinative au impact la nivelul generatiei viitoare. Ideea ca mutatiile sunt modificari sile ramane general valabila, dar s-a descoperit ca anumite mutatii pot fi insile, fie la nivelul celulelor germinative, fie al celor somatice. Unele mutatii sunt genetic letale si nu pot fi mostenite de la o generatie la alta, in timp ce altele sunt mai putin distructive si sunt tolerate la descendenti. Din punct de vedere al evolutiei, mutatiile asigura diversitate genetica suficienta pentru a permite speciilor sa se adapteze la modificarile din mediul inconjurator, prin mecanismul selectiei naturale.
Mutatiile sunt diverse (el 65-l) si pot cuprinde alteratii mari (de milioane de perechi de baze) in structura cromozomului; acestea includ duplicari, deletii si translocatii ale unei portiuni de cromozom la un altul ( modulul 66). Ele pot cuprinde genomul intreg (3 bilioane perechi de baze), ca in triploidie, unde exista a treia copie a unui intreg cromozom. Pe de alta parte, mutatiile pot fi foarte mici, implicand deletii, inserari sau inlocuirea unei singure baze. Mutatiile foarte mici sau ale unei singure baze se numesc mutatii punctiforme. Daca deletiile sau insertiile unei baze sau doua se produc intr-o regiune de codare, acestea dau
nastere la mutatii cu schimbarea structurii (frameshift mutation), pentru ca modifica structura de citire a tripletului genetic din ARNm, asa incat fiecare codon situat distal de mutatie in gena respectiva este citit in sens gresit. Mutatiile frameshift modifica secventa proteica si, de obicei, duc la terminarea prematura a lantului peptidic, datorita intalnirii codonului de terminare. Mici deletii sau insertii pot si ele afecta transcriptia, excizia sau procesarea ARN-ului, in functie de localizarea lor.
Atunci cand o baza este inlocuita cu o alta in regiunea de codare, mutatia punctiforma poate fi de 3 tipuri: 1) mutatie sinonima sau tacuta, fara expresie fenotipica (reprezentand 23% din substitutiile aleatoare de baze in regiunile de codare), in care inlocuirea bazei nu duce la modificarea aminoacizilor, ci doar la substitutia unui codon diferit pentru acelasi aminoacid (de ex.: inlocuirea unei singure perechi de baze in ADN, astfel incat codonul ARN pentru fenilalanina va fi transcris in ARN nu ca UUU, ci ca UUC, care totusi codifica acelasi aminoacid, fenilalanina); 2) mutatie cu sens gresit (missense mutation) (aproximativ 73% din substitutiile de baze), in care inlocuirea bazei modifica codonul pentru un aminoacid la un alt aminoacid (de ex.: inlocuirea unei perechi de baze in ADN in codonul pentru fenilalanina, astfel incat va fi transcris in ARN nu ca UUU, ci ca UUA, va duce la formarea leucinei); si 3) mutatii fara sens (nonsense mutation) (aproximativ 4% din substitutiile de baze), in care inlocuirea bazei modifica codonul cu unul de terminare (ex.: inlocuirea unei perechi de baze in codonul pentru tirozina, asa incat va fi transcris in ARN nu ca UAU, ci ca un codon de oprire UAA). Ocazional, substitutia unei baze in regiunea de codare poate altera imbinarea ARN, fie prin crearea unui spatiu criptic, fie prin interferarea cu functia unui spatiu normal de imbinare. Pentru mutatiile cu sens gresit, codul aminoacizilor format dintr-o singura litera este deseori folosit pentru a indica substitutiile, ca de ex.: R560T inseamna inlocuirea argininei (R) la pozitia 560 din proteina, cu treonina (T).
Deletii mai mari pot afecta o portiune din gena, intreaga gena sau un set de gene alaturate. Sindroamele genei alaturate sunt discutate in Scriver si colab. Aceste mutatii prin deletii pot intrerupe sau elimina regiunea de codare a genei, ducand la absenta formarii proteinei. Alternativ, o deletie poate face legaturi intre regiunile de codare ale unor doua gene si pot produce o fiziune, ducand la formarea unei proteine hibride, compusa din secventa initiala a unei proteine, urmata de secventa finala a celeilalte proteine. Acest ultim tip de mutatie se poate produce, in mod particular, prin incrucisarea inegala intre gene omoloage repetate in tandem, cum sunt genele globinei. Dimensiunile mutatiilor observate la locusul |3-globinei umane ne dau o buna perspectiva asupra hetero-genitatii mutatiilor posibile. Mai mult de 200 de mutatii cu sens gresit duc la substitutii de aminoacizi la nivelul locusului (3 -globinei si pot avea loc variate uniri 5)3 si (35 .Numeroase mutatii ce intervin in transcriptia,imbinarea si procesarea ARN-ului, cauzand |3-talasemia, sunt aratate in ura 65-4. Rezultatele reciproce ale deletiilor cauzate de incrucisari inegale sunt duplicatiile, acestea fiind cea mai frecventa mutatie ce determina boala Charcot-Marie-Tooth tipul IA. De asemenea, se produc insertii in genomul ADN prin retro-transpozitie, exemplificata de aparitia unei secvente ce se repeta in gena factorului de coagulare VIII, ce duce la hemofilia A. Inversia, ce afecteaza gena factorului VIII, este cauza comuna de hemofilie A, forma severa.
Mutatiile de triplete repetitive ce se extind sunt cunoscute a cauza retardarea
mintala din sindromul X-fragil, distrofia miotonica, atrofia musculara spinobulbara, boala Huntington, ataxia spinocerebeloasa tipul I si alte boli. Aceste triplete ce se repeta pot apare in regiunile 5\' netranslatate, de codare, intronice sau 3\' netranslatate. Secvente mai lungi care se repeta sunt in general asociate cu fenotipuri mai severe si/ sau cu debut precoce, iar secventele doar putin mai lungi fata de cele normale pot functiona ca premutatii la indivizii asimptomatici. Tripletele premutante si mutatiile triple extinse repetitive sunt insile si pot deveni mai insile cand sunt transmise de la sexul feminin, ca in cazul sindromului X-fragil si a distrofiei miotonice, sau de la sexul masculin, ca in cazul bolii Huntington si a ataxiei spinocerebeloase. Pentru multe din bolile neurodegenerative (boala Huntington, atrofia musculara spinobulbara, ataxia spinocerebeloasa tip I si altele), aceste triplete contin informatia pentru un lant de poliglutamine din proteina, dar mecanismul prin care acestea produc efectiv neurodegenerarea nu este cunoscut. Aceste mutatii constituie unul din mecanismele ce stau la baza fenomenului de anticipare, in care fenotipul unei boli se agraveaza de-a lungul unor generatii succesive din cadrul unei familii.
Tipul si frecventa mutatiilor umane este un subiect complex ( Scriver si colab.). Mutatiile ce determina aneuploidie cromozomiala se produc cu atat mai frecvent cu cat mama este mai in varsta. Unele tipuri de mutatii se produc mai frecvent cu cresterea in varsta a tatalui. Cativa loci, ca aceia ai distrofiei musculare Duchenne si ai acondroplaziei, sunt obiectul unei frecvente mari de noi mutatii. in distrofia musculara Duchenne, acestea pot avea legatura, in parte, cu neobisnuita marime a genei responsabile. Structura genei, pozitia ei in
genom si represorii produsului genei pot contribui la cresterea frecventei unor noi mutatii. Aparitia 5-metil-citozinei la nivelul perechilor de baze CG duce la zone cu o frecventa mutationala mare, datorita dezaminarii spontane a 5-metil-citozinei, cu producerea timinei. Aceasta proprietate conduce la cresterea polimorfismului in zonele CG din genom si e responsabila pentru anumite puncte mutationale; in acondroplazie, o modificare specifica a bazelor C la T este foarte frecventa, dar alterari similare se produc si in hemofilia A,B si alte boli. Existenta tehnicilor de recombinare a ADN-ului face posibila definirea naturii exacte a mutatiilor, determinarea originii lor materne sau paterne si analizarea mutatiei, daca aceasta este mai veche sau este recenta. Mutatiile comune din populatie, aparute ca urmare a unui singur eveniment, pot fi recunoscute prin aparitia unui polimorfism al ADN-ului, cu haplotipuri specifice in jurul mutatiilor; aceasta a fost bine studiata pentru talasemie, fenilcetonurie si fibroza chistica. Haplotipul este un grup de markerii genetici uniti impreuna pe un singur cromozom, ca in cazul unui grup de polimorfisme ADN, sau a unui grup de alele ale antigenelor leucocitare umane (sistemul de histocompatibilitate HLA).
Cand mutatiile au loc in celulele germinative, expresia modificata a genei mutante nu afecteaza fenotipul individului, dar se manifesta in generatiile urmatoare. De obicei, aceste mutatii noi sunt sporadice in populatia umana, dar o mutatie ce apare in celulele somatice intr-un stadiu timpuriu de dezvoltare poate afecta adapostirea individuala a mutatiei si aceasta poate fi sau nu transmisa generatiilor urmatoare. Adapostirea individuala a unei mutatii, cum ar fi a unei celule somatice, se considera a fi un mozaic, deoarece sunt prezente doua populatii de celule: celulele normale si celulele ce adapostesc gena mutanta. Mutatiile ce apar intr-o linie timpurie de celule germinative pot duce la mozaicism gonadal, astfel incat multi garneti mutanti pot apare datorita unui eveniment. Mozaicismul gonadal este documentat in osteo-geneza imperfecta, in distrofia musculara Duchenne si, probabil, si pentru alte gene ale unor boli. Motivul aparitiei mai frecvente a mozaicismului gonadal pentru osteogeneza imperfecta, ativ cu raritatea sa pentru boli ca acon-droplazia, este necunoscut, dar mutatiile ce intervin in timpul meiozei (de ex.: incrucisarea inegala), sau mai tarziu in viata, nu ar trebui sa fie mozaicism gonadal. Mutatiile asociate cu inaintarea in varsta a tatalui (de ex.: acondroplazia) nu implica, de regula, mozaicism gonadal.In context clinic, mutatiile genetice umane intra in doua categorii. Unele mutatii sunt relativ vechi, fiind gasite la mii sau la milioane de oameni, ca in cazul hemoglobinopatiei S, genele alele Z din deficitul de o^-antitripsina si din fibroza chistica. Aceste mutatii fie au tendinta de a fi recesive, asa incat alelele mutante persista in populatie prin heterozigoti, fie sunt suficient de benigne, permitand reproducerea. Existenta aceleasi gene mutante de alele la multi indivizi are implicatii in strategiile de diagnostic si screening pe baza ADN-ului ( "Analiza mutatiilor genetice\", mai jos). Daca predispozitia genetica la boli comune a adultului este asociata cu mutatiile ancestrale, screeningul populational ar fi fezabil prin metode la nivel molecular. Alte mutatii umane sunt fie recente, fie noi, fiind diagnosticate ca prim caz intr-o familie. Acest context este cel mai comun pentru cele autosomal dominante, mutatii prin deletii si pentru mutatii legate de cromozomul X, care modifica reproducerea la sexul masculin. Aceste mutatii au tendinte de a fi heterogene, cu mutatii diferite in fiecare familie luata in studiu, cu doar rare mutatii identice aparute. Scenariul acesta e tipic pentru boli ca distrofia musculara Duchenne, neurofibromatoza, retinoblastom si multe altele, care au efecte la nivelul potentialului reproducti Mutatiile noi sunt discutate mai jos ( "Mutatii noi dominante\" si "Mutatii noi legate de cromozomul X\").
