Jump to content

Соматическая мутация

(Перенаправлено с Соматических мутаций )

Соматическая мутация — это изменение последовательности ДНК многоклеточного соматической клетки со организма специализированными репродуктивными клетками ; то есть любая мутация , которая происходит в клетке, отличной от гаметы , зародышевой клетки или гаметоцита . В отличие от мутаций зародышевой линии , которые могут передаваться потомкам организма, соматические мутации обычно не передаются потомкам. Это различие размыто у растений, у которых отсутствует выделенная зародышевая линия , и у тех животных, которые могут размножаться бесполым путем с помощью таких механизмов, как почкование , как у представителей книдарий рода Hydra .

Хотя соматические мутации не передаются потомству организма, соматические мутации будут присутствовать у всех потомков клетки одного и того же организма. Многие виды рака являются результатом накопленных соматических мутаций.

Доля пораженных клеток

[ редактировать ]
Соматические мутации, возникающие на более ранних стадиях эмбрионального развития, обычно присутствуют в большей части клеток организма. В F) мутация произошла раньше в развитии, чем в G), и поэтому она присутствует в большем количестве клеток ребенка.
Соматические мутации, возникающие на более ранних стадиях эмбрионального развития, обычно присутствуют в большей части клеток организма. В F) мутация произошла раньше в развитии, чем в G), и поэтому она присутствует в большем количестве клеток ребенка.

Термин «соматические» обычно относится к клеткам организма, в отличие от репродуктивных ( зародышевых ) клеток, которые дают начало яйцеклетке или сперме . Например, у млекопитающих соматические клетки составляют внутренние органы, кожу, кости, кровь и соединительную ткань. [ 1 ]

У большинства животных отделение половых клеток от соматических клеток ( развитие зародышевой линии ) происходит на ранних стадиях развития . Как только такое разделение произошло в эмбрионе, любая мутация за пределами клеток зародышевой линии не может быть передана потомству организма.

Однако соматические мутации передаются всему потомству мутировавшей клетки в одном организме. Таким образом, основная часть организма может нести одну и ту же мутацию, особенно если эта мутация происходит на более ранних стадиях развития. [ 2 ] Соматические мутации, возникающие на более позднем этапе жизни организма, бывает трудно обнаружить, поскольку они могут затрагивать только одну клетку, например, постмитотический нейрон ; [ 3 ] [ 4 ] Таким образом, улучшения в секвенировании отдельных клеток являются важным инструментом для изучения соматических мутаций. [ 5 ] Как ядерная ДНК , так и митохондриальная ДНК клетки могут накапливать мутации; соматические митохондриальные мутации участвуют в развитии некоторых нейродегенеративных заболеваний. [ 6 ]

Исключения из наследства

[ редактировать ]
Гидра олигатис с двумя бутонами. Размножение почкованием является исключением из правила, согласно которому соматические мутации не передаются по наследству.

Существует множество исключений из правила, согласно которому соматические мутации не могут передаваться по наследству потомству. Многие организмы просто не выделяют отдельную зародышевую линию на ранних стадиях развития. Вместо этого растения и базальные животные, такие как губки и кораллы, генерируют гаметы из плюрипотентных стволовых клеток взрослых соматических тканей. [ 7 ] [ 8 ] Например, у цветковых растений зародышевые клетки могут возникать из взрослых соматических клеток цветочной меристемы . К другим животным без определенной зародышевой линии относятся оболочники и плоские черви . [ 9 ]

Соматические мутации также могут передаваться потомству у организмов, способных размножаться бесполым путем , без образования гамет. Например, животные книдарий рода Hydra могут размножаться бесполым путем посредством механизма почкования (они также могут размножаться половым путем). У гидры новая почка развивается непосредственно из соматических клеток родительской гидры. [ 10 ] Мутация, присутствующая в ткани, дающей начало дочернему организму, будет передана этому потомству.

Многие растения естественным образом размножаются путем вегетативного размножения — роста нового растения из фрагмента родительского растения — размножая соматические мутации без стадии образования семян. Люди искусственно вызывают вегетативное размножение посредством прививки и стеблевых черенков.

Схема воздействия ультрафиолетового света, вызывающего димер пиримидина
Ультрафиолетовый свет может повредить ДНК, вызывая образование димеров пиримидина . Соседние базы соединяются друг с другом, а не по «лестнице». Искаженная молекула ДНК не функционирует должным образом. Мутация может возникнуть, если происходят ошибки при ДНК . репарации или репликации

Как и в случае с мутациями зародышевой линии, мутации в соматических клетках могут возникать из-за эндогенных факторов, включая ошибки во время репликации и восстановления ДНК, а также воздействие активных форм кислорода, вырабатываемых нормальными клеточными процессами. Мутации также могут быть вызваны контактом с мутагенами , что может увеличить скорость мутаций.

Большинство мутагенов действуют, вызывая повреждения ДНК — изменения в структуре ДНК, такие как пиримидиновые димеры , или разрыв одной или обеих цепей ДНК. Процессы репарации ДНК могут устранить повреждения ДНК, которые в противном случае при репликации ДНК вызвали бы мутацию. Мутация возникает в результате повреждения, когда ошибки в механизме репарации ДНК вызывают изменения в нуклеотидной последовательности или если репликация происходит до завершения репарации.

Мутагены могут быть физическими, например, излучение УФ-лучей и рентгеновских лучей , или химическими (молекулы, которые непосредственно взаимодействуют с ДНК), например, метаболиты бензо [ а ]пирена , сильного канцерогена, обнаруженного в табачном дыме . [ 11 ] Мутагены, связанные с раком, часто изучаются, чтобы узнать о раке и его профилактике.

Частота мутаций

[ редактировать ]

Исследования показывают, что частота мутаций в соматических клетках обычно выше, чем в клетках зародышевой линии; [ 12 ] кроме того, существуют различия в типах мутаций, наблюдаемых в зародыше и соме. [ 13 ] Частота мутаций между различными соматическими тканями одного и того же организма варьируется. [ 13 ] и между видами. [ 2 ]

Милхолланд и др. (2017) исследовали частоту мутаций дермальных фибробластов (типа соматических клеток) и зародышевых клеток у людей и мышей. Они измерили частоту возникновения однонуклеотидных вариантов (SNV), большинство из которых являются следствием ошибки репликации. Как с точки зрения мутационной нагрузки (общее количество мутаций, присутствующих в клетке), так и с точки зрения частоты мутаций на деление клетки (новые мутации при каждом митозе ), частота соматических мутаций более чем в десять раз превышала частоту мутаций зародышевой линии у людей и мышей.

У людей мутационная нагрузка в фибробластах была более чем в двадцать раз выше, чем в зародышевой линии (2,8 × 10 −7 по сравнению с 1,2×10 −8 мутаций на пару оснований). С поправкой на различия в предполагаемом количестве клеточных делений частота мутаций фибробластов была примерно в 80 раз выше, чем у зародыша (соответственно 2,66 × 10 −9 против 3,3 × 10 −11 мутаций на пару оснований за митоз). [ 2 ]

Неравенство в частоте мутаций между зародышевой линией и соматическими тканями, вероятно, отражает большую важность генетической целостности зародышевой линии, чем сомы. [ 12 ] Изменение частоты мутаций может быть связано с различиями в скорости повреждения ДНК или различиями в процессе репарации ДНК в результате повышенных уровней ферментов репарации ДНК. [ 13 ]

В апреле 2022 года сообщалось, что большинство млекопитающих к концу своей жизни имеют примерно одинаковое количество мутаций, поэтому те, у кого одинаковая продолжительность жизни, будут иметь одинаковую частоту соматических мутаций , а те, кто живет меньше/больше, будут иметь одинаковую частоту соматических мутаций. более высокий/меньший уровень соматических мутаций соответственно. [ 14 ] [ 15 ]

Постмитотические нейроны накапливают соматические мутации с постоянной скоростью на протяжении всей жизни, и эта скорость примерно аналогична скорости мутаций в митотически активных тканях. [ 16 ] Мутации в нейронах могут возникать как следствие эндогенного повреждения ДНК и некорректного восстановления таких повреждений, которое постоянно происходит в клетках. [ 16 ]

Соматическая гипермутация

[ редактировать ]

В рамках адаптивного иммунного ответа продуцирующих антитела, в В-клетках, частота мутаций во много раз превышает нормальную. Частота мутаций в антигенсвязывающих кодирующих последовательностях генов иммуноглобулинов до 1 000 000 раз выше, чем в клеточных линиях вне лимфоидной системы. Важным шагом в созревании аффинности является соматическая гипермутация, которая помогает В-клеткам вырабатывать антитела с большей аффинностью к антигену . [ 17 ]

Соматические мутации накапливаются в клетках организма по мере его старения и с каждым циклом клеточного деления; Роль соматических мутаций в развитии рака хорошо известна, а накопление соматических мутаций участвует в биологии старения. [ 4 ]

Мутации в нейрональных стволовых клетках (особенно во время нейрогенеза ) [ 18 ] а в постмитотических нейронах приводит к геномной гетерогенности нейронов, называемой «соматическим мозаицизмом мозга». [ 3 ] Накопление возрастных мутаций в нейронах может быть связано с нейродегенеративными заболеваниями , включая болезнь Альцгеймера , но эта связь не доказана. Большинство клеток центральной нервной системы у взрослых являются постмитотическими, и мутации у взрослых могут затрагивать только один нейрон. В отличие от рака, где мутации приводят к клональной пролиферации, вредные соматические мутации могут способствовать нейродегенеративному заболеванию из-за гибели клеток. [ 19 ] Поэтому точная оценка бремени соматических мутаций в нейронах остается трудной.

Роль в канцерогенезе

[ редактировать ]

Если мутация происходит в клетке организма, эта мутация будет присутствовать у всех потомков этой клетки в том же организме. Накопление определенных мутаций на протяжении поколений соматических клеток является частью процесса злокачественной трансформации из нормальной клетки в раковую.

Клетки с гетерозиготными мутациями потери функции (одна хорошая копия гена и одна мутированная копия) могут нормально функционировать с немутированной копией до тех пор, пока хорошая копия не подвергнется спонтанной соматической мутации. Такого рода мутации часто случаются в живых организмах, но их скорость трудно измерить. Измерение этой скорости важно для прогнозирования скорости развития рака у людей.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Кэмпбелл, Нил А., 1946–2004 гг. (2009). Биология . Рис, Джейн Б. (8-е изд.). Сан-Франциско: Пирсон Бенджамин Каммингс. ISBN  978-0-8053-6844-4 . OCLC   174138981 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  2. ^ Перейти обратно: а б с Милхолланд, Брэндон; Донг, Сяо; Чжан, Лей; Хао, Сяосяо; Эх, Юсин; Вийг, Ян (9 мая 2017 г.). «Различия между уровнем зародышевых и соматических мутаций у людей и мышей» . Природные коммуникации . 8 : 15183. Бибкод : 2017NatCo...815183M . дои : 10.1038/ncomms15183 . ISSN   2041-1723 . ПМЦ   5436103 . ПМИД   28485371 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Верхейен, Берт М.; Вермюльст, Марк; ван Леувен, Фред В. (2018). «Соматические мутации в нейронах при старении и нейродегенерации» . Акта Нейропатологика . 135 (6): 811–826. дои : 10.1007/s00401-018-1850-y . ISSN   0001-6322 . ПМК   5954077 . ПМИД   29705908 .
  4. ^ Перейти обратно: а б Чжан, Лей; Вийг, Ян (23 ноября 2018 г.). «Соматический мутагенез у млекопитающих и его влияние на болезни человека и старение» . Ежегодный обзор генетики . 52 : 397–419. doi : 10.1146/annurev-genet-120417-031501 . ISSN   0066-4197 . ПМК   6414224 . ПМИД   30212236 .
  5. ^ Гавад, Чарльз; Кох, Уинстон; Землетрясение, Стивен Р. (2016). «Секвенирование одноклеточного генома: современное состояние науки» . Обзоры природы Генетика . 17 (3): 175–188. дои : 10.1038/nrg.2015.16 . ISSN   1471-0056 . ПМИД   26806412 . S2CID   4800650 .
  6. ^ Шон, Эрик А.; ДиМауро, Сальваторе; Хирано, Мичио (2012). «Митохондриальная ДНК человека: роль наследственных и соматических мутаций» . Обзоры природы. Генетика . 13 (12): 878–890. дои : 10.1038/nrg3275 . ISSN   1471-0056 . ПМЦ   3959762 . ПМИД   23154810 .
  7. ^ Шон, Дэниел Дж.; Шульц, Стюарт Т. (2 ноября 2019 г.). «Соматическая мутация и эволюция растений» . Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 50 (1): 49–73. doi : 10.1146/annurev-ecolsys-110218-024955 . ISSN   1543-592X . S2CID   203882206 .
  8. ^ Радзвилавичюс, Арунас Л.; Хадживасилиу, Зена; Помянковский, Эндрю; Лейн, Ник (20 декабря 2016 г.). «Отбор по качеству митохондрий стимулирует эволюцию зародышевой линии» . ПЛОС Биология . 14 (12): e2000410. дои : 10.1371/journal.pbio.2000410 . ISSN   1544-9173 . ПМК   5172535 . ПМИД   27997535 .
  9. ^ Зейпель, Катя; Янце, Натали; Шмид, Волкер (2004). «Зародышевая линия и ген соматических стволовых клеток Cniwi у медузы Podocoryne carnea» . Международный журнал биологии развития . 48 (1): 1–7. дои : 10.1387/ijdb.15005568 . ISSN   0214-6282 . ПМИД   15005568 .
  10. ^ Отто, Джоан Дж.; Кэмпбелл, Ричард Д. (1977). «Почкование Hydra attenuata: стадии почек и карта судьбы». Журнал экспериментальной зоологии . 200 (3): 417–428. дои : 10.1002/jez.1402000311 . ISSN   0022-104X . ПМИД   874446 .
  11. ^ Армстронг, Бен; Хатчинсон, Эмма; Анвин, Джон; Флетчер, Тони (2004). «Риск рака легких после воздействия полициклических ароматических углеводородов: обзор и метаанализ» . Перспективы гигиены окружающей среды . 112 (9): 970–978. дои : 10.1289/ehp.6895 . ISSN   0091-6765 . ПМЦ   1247189 . ПМИД   15198916 .
  12. ^ Перейти обратно: а б Мерфи, Патрисия; Маклин, Дерек Дж.; МакМахан, К. Алекс; Уолтер, Кристи А.; МакКерри, Джон Р. (2013). «Повышенная генетическая целостность зародышевых клеток мыши» . Биология размножения . 88 (1): 6. doi : 10.1095/biolreprod.112.103481 . ISSN   0006-3363 . ПМЦ   4434944 . ПМИД   23153565 .
  13. ^ Перейти обратно: а б с Чен, Чен; Ци, Хунцзянь; Шен, Юфэн; Пикрелл, Джозеф; Пшеворски, Молли (2017). «Сравнительные детерминанты скорости мутаций в зародышевой линии и соме» . Генетика . 207 (1): 255–267. дои : 10.1534/генетика.117.1114 . ISSN   0016-6731 . ПМЦ   5586376 . ПМИД   28733365 .
  14. ^ Кейган, Алекс; Баэз-Ортега, Адриан; Бжозовская, Наталья; Аббаскаль, Фредерик; Куренс, Тим Х.Х.; Сандерс, Мэтьюз А.; Лоусон, Эндрю Р.Дж.; Харви, Люк М.Р.; Бхосле, Шрирам; Джонс, Дэвид; Алькантара, Рауль Э. (21 апреля 2022 г.). «Уровень соматических мутаций зависит от продолжительности жизни млекопитающих» . Природа 604 (7906): 517–524. Бибкод : 2022Nature.604..517C . дои : 10.1038/s41586-022-04618-z . ISSN   0028-0836 . ПМК   9021023 . ПМИД   35418684 .
  15. ^ «Мутации между видами открывают ключ к старению» . Новости Би-би-си . 13 апреля 2022 г. Проверено 20 апреля 2022 г.
  16. ^ Перейти обратно: а б Абаскаль Ф, Харви ЛМР, Митчелл Э, Лоусон ARJ, Ленсинг С.В., Эллис П., Рассел А.Дж.К., Алькантара Р.Э., Баэз-Ортега А., Ван Ю., Ква Э.Дж., Ли-Сикс Х., Кейган А., Куренс Т.Х., Чепмен М.С., Олафссон , Леонард С., Джонс Д., Мачадо Х.Э., Дэвис М., Обро Н.Ф., Махубани К.Т. Аллинсон К., Герстунг М., Саеб-Парси К., Кент Д.Г., Лауренти Э., Страттон М.Р., Рахбари Р., Кэмпбелл П.Дж., Осборн Р.Дж., Мартинкорена И. Ландшафты соматических мутаций с разрешением одной молекулы. Природа. Май 2021 г.;593(7859):405-410. дои: 10.1038/s41586-021-03477-4. Epub, 28 апреля 2021 г. PMID33911282
  17. ^ Тенг, Грейс; Папавасилиу, Ф. Нина (2007). «Соматическая гипермутация иммуноглобулина». Ежегодный обзор генетики . 41 (1): 107–120. дои : 10.1146/annurev.genet.41.110306.130340 . ISSN   0066-4197 . ПМИД   17576170 .
  18. ^ Пэ, Тэджон; Томазини, Ливия; Мариани, Джессика; Чжоу, Бо; Ройчоудхури, Танмой; Франич, Дэниел; Плетикос, Миховил; Паттни, Реналь; Чен, Бо-Джон; Вентурини, Элиша; Райли-Гиллис, Бриджит (2 февраля 2018 г.). «Различные скорости и механизмы мутаций в клетках человека на этапе прегаструляции и нейрогенеза» . Наука 359 (6375): 550–555. Бибкод : 2018Sci...359..550B . дои : 10.1126/science.aan8690 . ISSN   0036-8075 . ПМК   6311130 . ПМИД   29217587 .
  19. ^ Лейя-Салазар, М.; Пиетт, К.; Проукакис, К. (2018). «Обзор: Соматические мутации при нейродегенерации» (PDF) . Невропатология и прикладная нейробиология . 44 (3): 267–285. дои : 10.1111/nan.12465 . ПМИД   29369391 . S2CID   4362512 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: cdc8c70f536723f8ff55f27e12936c33__1725084120
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/cd/33/cdc8c70f536723f8ff55f27e12936c33.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Somatic mutation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)