Somatická mutace - Somatic mutation
A somatická mutace je změna v Sekvence DNA a somatická buňka a mnohobuněčný organismus s vyhrazeným reprodukční buňky; to znamená jakékoli mutace který se vyskytuje v jiné buňce než a gameta, zárodečná buňka nebo gametocyty. Na rozdíl od zárodečné mutace, které lze přenést na potomky organismu, se somatické mutace na potomky obvykle nepřenášejí. Tento rozdíl je u rostlin, které postrádají vyhrazené, rozmazaný zárodečná linie, a u těch zvířat, která mohou rozmnožovat nepohlavně prostřednictvím mechanismů, jako je pučící, stejně jako u členů cnidarian rod Hydra.
Zatímco somatické mutace nejsou předávány potomkům organismu, budou se vyskytovat u všech potomků buňky ve stejném organismu. Mnoho rakoviny jsou výsledkem nahromaděných somatických mutací.
Frakce postižených buněk
Termín somatický obecně označuje buňky těla, na rozdíl od reprodukčních (zárodečná linie ) buňky, které vedou k vejce nebo spermie. Například v savci Somatické buňky tvoří všechny vnitřní orgány, kůži, kosti, krev a pojivovou tkáň. V lidském těle je přibližně 220 typů somatických buněk.[1]
U většiny zvířat je separace zárodečných buněk od somatických buněk (vývoj zárodečné linie ) se vyskytuje v raných fázích rozvoj. Jakmile k této segregaci došlo v embryu, žádná mutace mimo zárodečné buňky nemůže přenést na potomka organismu. Somatické mutace se však přenášejí na všechny potomky mutovaných buněk ve stejném organismu. Hlavní část organismu proto může nést stejnou mutaci, zvláště pokud se tato mutace vyskytuje v dřívějších stadiích vývoje.[2] Somatické mutace, které se vyskytnou později v životě organismů, je těžké odhalit, protože mohou ovlivnit pouze jednu buňku - například postmitotický neuron;[3][4] vylepšení v sekvenování jedné buňky jsou proto důležitým nástrojem pro studium somatické mutace.[5] Oba nukleární DNA a mitochondriální DNA buňky může akumulovat mutace; somatické mitochondriální mutace se podílejí na vývoji některých neurodegenerativních onemocnění.[6]
Výjimky z dědictví

Definice somatické mutace jako jakékoli mutace, kterou nelze přenést na potomky, je užitečná u zvířat, která mají speciální zárodečnou linii pro produkci reprodukčních buněk. Má však malý význam pro pochopení dědičnosti somatické mutace u mnohobuněčných organismů, které neoznačují zárodečné buňky v raném vývoji. Rostliny a bazální zvířata jako např houby a korály nemají zárodečnou linii; místo toho generují gamety pluripotentní kmenové buňky v dospělých somatických tkáních.[7][8] Například v kvetoucích rostlinách mohou zárodečné buňky vzniknout z dospělých somatických buněk v květu meristem. Mezi další zvířata bez určené zárodečné linie patří pláštěnci a ploché červy.[9]
Tento rozdíl je také nejasný u organismů, které mohou rozmnožovat nepohlavně, bez produkce gamet. Například zvířata v cnidarian rod Hydra se může rozmnožovat nepohlavně prostřednictvím mechanismu pučící (mohou se také rozmnožovat sexuálně). v Hydra, nový pupen se vyvíjí přímo ze somatických buněk mateřské hydry.[10] Mutace přítomná v tkáni, která vede ke vzniku dceřiného organismu, by byla přenesena na tohoto potomka.
Mnoho rostlin se přirozeně rozmnožuje vegetativní reprodukce - růst nové rostliny z fragmentu mateřské rostliny - množení somatických mutací bez kroku produkce semen. Lidé uměle indukují vegetativní reprodukci prostřednictvím roubování a odřezky stonků.
Příčiny

Stejně jako u zárodečných mutací mohou vznikat mutace v somatických buňkách v důsledku endogenních faktorů, včetně chyb během replikace DNA a opravy a vystavení reaktivní formy kyslíku produkované normálními buněčnými procesy. Mutace lze vyvolat také kontaktem s mutageny, což může zvýšit rychlost mutace.
Většina mutagenů působí tak, že způsobuje poškození DNA - změny ve struktuře DNA, jako je pyrimidinové dimery nebo rozbití jednoho nebo obou řetězců DNA. Oprava DNA procesy mohou odstranit poškození DNA, která by jinak po replikaci DNA způsobila mutaci. Mutace je výsledkem poškození při chybách v mechanismu Oprava DNA způsobí změnu v nukleotidové sekvenci, nebo pokud dojde k replikaci před dokončením opravy.
Mutageny mohou být fyzické, například záření z UV paprsky a Rentgenové záření, nebo chemické - molekuly, které interagují přímo s DNA - jako např metabolity z benzo [A] pyren, silný karcinogen nalezen v tabákový kouř.[11] Mutageny spojené s rakovinou jsou často studovány, aby se dozvěděly o rakovině a její prevenci.
Frekvence mutací
Výzkum naznačuje, že frekvence mutací je obecně vyšší v somatických buňkách než v buňkách zárodečné linie;[12] dále existují rozdíly v typech mutací pozorovaných v zárodku a v soma.[13] Existují rozdíly v četnosti mutací mezi různými somatickými tkáněmi ve stejném organismu[13] a mezi druhy.[2]
Milholland a kol. (2017) zkoumali míru mutace dermální fibroblasty (typ somatické buňky) a zárodečné buňky u lidí a myší. Změřili míru jednotlivé nukleotidové varianty (SNV), z nichž většina je důsledkem chyby replikace. Jak z hlediska mutační zátěže (celkový počet mutací přítomných v buňce), tak z hlediska rychlosti mutace na buněčné dělení (s každou novou mutací mitóza ) byly míry somatické mutace u lidí a myší více než desetkrát vyšší než zárodečné linie.
U lidí byla mutační zátěž ve fibroblastech více než dvacetkrát větší než zárodečná linie (2,8 × 10−7 ve srovnání s 1,2 × 10−8 mutace na pár bází). Po očištění o rozdíly v odhadovaném počtu buněčných dělení byla rychlost mutace fibroblastů přibližně 80krát vyšší než zárodek (2,66 × 10−9 vs. 3,3 × 10−11 mutace na pár bází na mitózu).[2]
Rozdíl v rychlosti mutace mezi zárodečnou linií a somatickými tkáněmi pravděpodobně odráží větší význam genetické integrity v zárodečné linii než v somě.[12] Rozdíly v četnosti mutací mohou být způsobeny rozdíly v rychlosti poškození DNA nebo rozdíly v procesu opravy DNA v důsledku zvýšené hladiny enzymů pro opravu DNA.[13]
Somatická hypermutace
Jako součást adaptivní imunitní odpověď produkující protilátky B buňky zažijte rychlost mutace mnohonásobně vyšší než je obvyklá rychlost mutace. Rychlost mutace v sekvenci kódujících imunoglobulinové geny vázající antigen je až 1 000 000krát vyšší než v buněčných liniích mimo lymfoidní systém. Hlavní krok dovnitř afinitní zrání, somatická hypermutace pomáhá B buňkám produkovat protilátky s větší antigen afinita.[14]
Choroba
Somatické mutace se hromadí v buňkách organismu, jak stárnou a s každým kolem buněčného dělení; role somatických mutací ve vývoji rakoviny je dobře zavedená a je zahrnuta v biologii stárnutí.[4]
Mutace v neuronech kmenové buňky (zejména během neurogeneze )[15] a v post-mitotické neurony vést ke genomové heterogenitě neuronů - označované jako „mozaicismus somatického mozku“.[3] Může být spojeno s akumulací mutací souvisejících s věkem v neuronech neurodegenerativní onemocnění, počítaje v to Alzheimerova choroba, ale sdružení není prokázáno. Většina buněk centrálního nervového systému u dospělých je postmitotická a mutace dospělých mohou ovlivnit pouze jeden neuron. Na rozdíl od rakoviny, kde mutace vedou k klonální proliferaci, mohou škodlivé somatické mutace přispívat k neurodegenerativnímu onemocnění buněčnou smrtí.[16] Přesné hodnocení zátěže somatickými mutacemi v neuronech proto zůstává obtížné posoudit.
Role v karcinogenezi
Pokud dojde k mutaci v somatické buňce organismu, bude přítomna u všech potomků této buňky ve stejném organismu. Akumulace určitých mutací po generace somatických buněk je součástí procesu maligní transformace z normální buňky na rakovinnou buňku.
Buňky s heterozygotními mutacemi ztráty funkce (jedna dobrá kopie genu a jedna mutovaná kopie) mohou normálně fungovat s nemutovanou kopií, dokud dobrá kopie nebude spontánně somaticky mutována. Tento druh mutace se často vyskytuje v živých organismech, ale je obtížné měřit rychlost. Měření této rychlosti je důležité při předpovídání rychlosti, s jakou mohou lidé vyvinout rakovinu.
Viz také
Reference
- ^ Campbell, Neil A., 1946-2004. (2009). Biologie. Reece, Jane B. (8. vydání). San Francisco: Pearson Benjamin Cummings. ISBN 978-0-8053-6844-4. OCLC 174138981.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
- ^ A b C Milholland, Brandon; Dong, Xiao; Zhang, Lei; Hao, Xiaoxiao; Suh, Yousin; Vijg, leden (09.05.2017). „Rozdíly mezi zárodečnou a somatickou mutací u lidí a myší“. Příroda komunikace. 8: 15183. Bibcode:2017NatCo ... 815183M. doi:10.1038 / ncomms15183. ISSN 2041-1723. PMC 5436103. PMID 28485371.
- ^ A b Verheijen, Bert M .; Vermulst, Marc; van Leeuwen, Fred W. (2018). „Somatické mutace v neuronech během stárnutí a neurodegenerace“. Acta Neuropathologica. 135 (6): 811–826. doi:10.1007 / s00401-018-1850-r. ISSN 0001-6322. PMC 5954077. PMID 29705908.
- ^ A b Zhang, Lei; Vijg, leden (2018-11-23). „Somatická mutageneze u savců a její důsledky pro lidské nemoci a stárnutí“. Výroční přehled genetiky. 52: 397–419. doi:10.1146 / annurev-genet-120417-031501. ISSN 0066-4197. PMC 6414224. PMID 30212236.
- ^ Gawad, Charles; Koh, Winston; Quake, Stephen R. (2016). „Sekvenování genomu jedné buňky: současný stav vědy“. Genetika hodnocení přírody. 17 (3): 175–188. doi:10.1038 / nrg.2015.16. ISSN 1471-0056. PMID 26806412. S2CID 4800650.
- ^ Schon, Eric A .; DiMauro, Salvatore; Hirano, Michio (2012). „Lidská mitochondriální DNA: role zděděných a somatických mutací“. Recenze přírody. Genetika. 13 (12): 878–890. doi:10.1038 / nrg3275. ISSN 1471-0056. PMC 3959762. PMID 23154810.
- ^ Schoen, Daniel J .; Schultz, Stewart T. (11. 11. 2019). „Somatická mutace a evoluce v rostlinách“. Výroční přehled ekologie, evoluce a systematiky. 50 (1): 49–73. doi:10.1146 / annurev-ecolsys-110218-024955. ISSN 1543-592X.
- ^ Radzvilavicius, Arunas L .; Hadjivasiliou, Zena; Pomiankowski, Andrew; Lane, Nick (2016-12-20). "Výběr pro mitochondriální kvalitu pohonu Vývoj germline". PLOS Biology. 14 (12): e2000410. doi:10.1371 / journal.pbio.2000410. ISSN 1544-9173. PMC 5172535. PMID 27997535.
- ^ Seipel, Katja; Yanze, Nathalie; Schmid, Volker (2004). „Zárodečná linie a gen somatických kmenových buněk Cniwi v medúze Podocoryne carnea“. International Journal of Developmental Biology. 48 (1): 1–7. doi:10.1387 / ijdb.15005568. ISSN 0214-6282. PMID 15005568.
- ^ Otto, Joann J .; Campbell, Richard D. (1977). "Začínající v Hydra attenuata: Bud fáze a mapa osudu". Journal of Experimental Zoology. 200 (3): 417–428. doi:10.1002 / jez.1402000311. ISSN 0022-104X. PMID 874446.
- ^ Armstrong, Ben; Hutchinson, Emma; Unwin, John; Fletcher, Tony (2004). „Riziko rakoviny plic po expozici polycyklickým aromatickým uhlovodíkům: přehled a metaanalýza“. Perspektivy zdraví a životního prostředí. 112 (9): 970–978. doi:10,1289 / ehp. 6895. ISSN 0091-6765. PMC 1247189. PMID 15198916.
- ^ A b Murphey, Patricia; McLean, Derek J .; McMahan, C. Alex; Walter, Christi A .; McCarrey, John R. (2013). „Zvýšená genetická integrita v zárodečných buňkách myší“. Biologie reprodukce. 88 (1): 6. doi:10.1095 / biolreprod.112.103481. ISSN 0006-3363. PMC 4434944. PMID 23153565.
- ^ A b C Chen, Chen; Qi, Hongjian; Shen, Yufeng; Pickrell, Joseph; Przeworski, Molly (2017). „Kontrastní determinanty mutačních rychlostí u Germline a Soma“. Genetika. 207 (1): 255–267. doi:10.1534 / genetika.117.1114. ISSN 0016-6731. PMC 5586376. PMID 28733365.
- ^ Teng, Grace; Papavasiliou, F. Nina (2007). "Somatická hypermutace imunoglobulinu". Výroční přehled genetiky. 41 (1): 107–120. doi:10.1146 / annurev.genet.41.110306.130340. ISSN 0066-4197. PMID 17576170.
- ^ Bae, Taejeong; Tomasini, Livia; Mariani, Jessica; Zhou, Bo; Roychowdhury, Tanmoy; Franjic, Daniel; Pletikos, Mihovil; Pattni, Reenal; Chen, Bo-Juen; Venturini, Elisa; Riley-Gillis, Bridget (02.02.2018). „Různé mutační rychlosti a mechanismy v lidských buňkách při pregastrulaci a neurogenezi“. Věda. 359 (6375): 550–555. Bibcode:2018Sci ... 359..550B. doi:10.1126 / science.aan8690. ISSN 0036-8075. PMC 6311130. PMID 29217587.
- ^ Leija-Salazar, M .; Piette, C .; Proukakis, C. (2018). "Recenze: Somatické mutace v neurodegeneraci" (PDF). Neuropatologie a aplikovaná neurobiologie. 44 (3): 267–285. doi:10,1111 / nan.12465. PMID 29369391. S2CID 4362512.