Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с соматической гипермутацией .

Соматические мутации является изменение в последовательности ДНК из в соматической клетки в виде многоклеточного организма с выделенными репродуктивных клеток ; 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 нечетко у растений, у которых нет выделенной зародышевой линии , и у тех животных, которые могут размножаться бесполым путем с помощью таких механизмов, какбутонизация , как у представителей рода гидры книдарий .

Хотя соматические мутации не передаются потомству организма, соматические мутации будут присутствовать у всех потомков клетки в одном организме. Многие виды рака являются результатом накопленных соматических мутаций.

Доля затронутых клеток [ править ]

Термин «соматические» обычно относится к клеткам организма, в отличие от репродуктивных ( зародышевых ) клеток, которые дают начало яйцеклетке или сперматозоиду . Например, у млекопитающих соматические клетки составляют все внутренние органы, кожу, кости, кровь и соединительную ткань. В организме человека около 220 типов соматических клеток. [1]

У большинства животных отделение половых клеток от соматических клеток ( развитие зародышевой линии ) происходит на ранних стадиях развития . Как только эта сегрегация произошла в эмбрионе, любая мутация вне клеток зародышевой линии не может передаваться потомству организма. Однако соматические мутации передаются всему потомству мутировавшей клетки в одном организме. Следовательно, большая часть организма может нести ту же мутацию, особенно если эта мутация происходит на более ранних стадиях развития. [2] Соматические мутации, которые происходят позже в жизни организма, бывает трудно обнаружить, так как они могут затронуть только одну клетку - например, постмитотический нейрон; [3] [4] улучшения впоэтому секвенирование одной клетки является важным инструментом для изучения соматических мутаций. [5] И ядерная ДНК, и митохондриальная ДНК клетки могут накапливать мутации; соматические мутации митохондрий вовлечены в развитие некоторых нейродегенеративных заболеваний. [6]

Исключения из наследования [ править ]

Hydra oligactis с двумя бутонами. Размножение почкованием - это исключение из правила, согласно которому соматические мутации не могут передаваться по наследству.

Определение соматической мутации как любой мутации, которая не может быть передана потомству, полезно для животных, у которых есть выделенная зародышевая линия для производства репродуктивных клеток. Однако это не имеет большого значения для понимания наследования соматических мутаций в многоклеточных организмах, которые не определяют половые клетки на раннем этапе развития. У растений и основных животных, таких как губки и кораллы , нет зародышевой линии; вместо этого они генерируют гаметы из плюрипотентных стволовых клеток в соматических тканях взрослых. [7] [8] У цветковых растений, например, половые клетки могут возникать из взрослых соматических клеток в цветочной меристеме . Другие животные без обозначенной зародышевой линии включают оболочники.и плоские черви . [9]

Это различие также нечетко у организмов, которые могут размножаться бесполым путем без образования гамет. Например, животные из рода гидры книдарий могут размножаться бесполым путем через механизм почкования (они также могут размножаться половым путем). У гидры новая почка развивается непосредственно из соматических клеток родительской гидры. [10] Мутация, присутствующая в ткани, которая дает начало дочернему организму, передается этому потомству.

Многие растения естественным образом воспроизводятся посредством вегетативного размножения - выращивания нового растения из фрагмента родительского растения - размножения соматических мутаций без стадии производства семян. Люди искусственно вызывают вегетативное размножение путем прививки и черенкования стебля.

Причины [ править ]

УФ-свет может повредить ДНК, вызывая димеры пиримидина . Смежные основания соединяются друг с другом, а не поперек «лестницы». Искаженная молекула ДНК не функционирует должным образом. Мутация может произойти, если при восстановлении или репликации ДНК происходят ошибки .
Смотрите также: Мутагенез

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, продуцируемых нормальными клеточными процессами. Мутации также могут быть вызваны контактом с мутагенами , что может увеличить скорость мутации.

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

Мутагены могут быть физическими, например, излучение от УФ - лучей и рентгеновских лучей , или химических - молекул , которые взаимодействуют непосредственно с ДНК - такие , как метаболиты из бензо [ ] пирена , мощный канцероген , найденных в табачном дыме . [11] Мутагены, связанные с раком, часто изучаются, чтобы узнать о раке и его профилактике.

Частота мутации [ править ]

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 в соме. [13] Существует различие в частоте мутаций между разными соматическими тканями в одном организме [13] и между видами. [2]

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

У людей количество мутаций в фибробластах было более чем в двадцать раз больше, чем у зародышевой линии (2,8 × 10 -7 по сравнению с 1,2 × 10 -8 мутаций на пару оснований). С поправкой на различия в предполагаемом количестве делений клеток 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]

Несоответствие в частоте мутаций между зародышевой линией и соматическими тканями, вероятно, отражает большее значение генетической целостности в зародышевой линии, чем в соме. [12] Различия в частоте мутаций могут быть связаны с различиями в скорости повреждения ДНК или с различиями в процессе репарации ДНК в результате повышенного уровня ферментов репарации ДНК. [13]

Соматическая гипермутация [ править ]

Основная статья: Соматическая гипермутация

В рамках адаптивного иммунного ответа скорость мутаций В-клеток, продуцирующих антитела, во много раз превышает нормальную скорость мутации. Частота мутаций в антигенсвязывающих кодирующих последовательностях генов иммуноглобулинов до 1000000 раз выше, чем в клеточных линиях вне лимфоидной системы. Важный шаг в созревании аффинности , соматическая гипермутация помогает В-клеткам производить антитела с большей аффинностью к антигену . [14]

Болезнь [ править ]

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

Мутации в нейрональных стволовых клетках (особенно во время нейрогенеза ) [15] и в постмитотических нейронах приводят 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 взрослые мутации могут затрагивать только один нейрон. В отличие от рака, где мутации приводят к клональной пролиферации, вредные соматические мутации могут способствовать нейродегенеративным заболеваниям в результате гибели клеток. [16] Поэтому точную оценку бремени соматических мутаций в нейронах по-прежнему трудно оценить.

Роль в канцерогенезе [ править ]

Дополнительная информация: Соматическая эволюция рака

Если мутация происходит в соматической клетке организма, она будет присутствовать у всех потомков этой клетки в одном организме. Накопление определенных мутаций на протяжении поколений соматических клеток является частью процесса злокачественной трансформации от нормальной клетки к раковой.

Клетки с гетерозиготными мутациями потери функции (одна хорошая копия гена и одна мутированная копия) могут нормально функционировать с неизмененной копией до тех пор, пока хорошая копия не будет спонтанно соматически мутирована. Этот вид мутации часто случается у живых организмов, но измерить частоту трудно. Измерение этого показателя важно для прогнозирования скорости, с которой у людей может развиться рак.

См. Также [ править ]

  • Мозаика (генетика)
  • Соматические вариации человека

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кэмпбелл, Нил А., 1946-2004. (2009). Биология . Рис, Джейн Б. (8-е изд.). Сан-Франциско: Пирсон Бенджамин Каммингс. ISBN 978-0-8053-6844-4. OCLC  174138981 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  2. ^ a b c Милхолланд, Брэндон; Дун, Сяо; Чжан, Лэй; Хао, Сяосяо; Су, Юсин; Vijg, янв (2017-05-09). «Различия между зародышевой линией и частотой соматических мутаций у людей и мышей» . Nature Communications . 8 : 15183. Bibcode : 2017NatCo ... 815183M . DOI : 10.1038 / ncomms15183 . ISSN 2041-1723 . PMC 5436103 . PMID 28485371 .   
  3. ^ a b Verheijen, Bert M .; Vermulst, Marc; ван Леувен, Фред В. (2018). «Соматические мутации в нейронах при старении и нейродегенерации» . Acta Neuropathologica . 135 (6): 811–826. DOI : 10.1007 / s00401-018-1850-у . ISSN 0001-6322 . PMC 5954077 . PMID 29705908 .   
  4. ^ а б Чжан, Лэй; Vijg, янв (23.11.2018). «Соматический мутагенез у млекопитающих и его последствия для болезней и старения человека» . Ежегодный обзор генетики . 52 : 397–419. DOI : 10.1146 / annurev-genet-120417-031501 . ISSN 0066-4197 . PMC 6414224 . PMID 30212236 .   
  5. ^ Гавад, Чарльз; Ко, Уинстон; Quake, Стивен Р. (2016). «Секвенирование одноклеточного генома: современное состояние науки» . Природа Обзоры Генетики . 17 (3): 175–188. DOI : 10.1038 / nrg.2015.16 . ISSN 1471-0056 . PMID 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. DOI : 10.1038 / nrg3275 . ISSN 1471-0056 . PMC 3959762 . PMID 23154810 .   
  7. ^ Schoen, Daniel J .; Шульц, Стюарт Т. (02.11.2019). «Соматическая мутация и эволюция у растений». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 50 (1): 49–73. DOI : 10,1146 / annurev-ecolsys-110218-024955 . ISSN 1543-592X . 
  8. ^ Радзвилавичюс, Арунас Л .; Хадживасилиу, Зена; Помянковский, Андрей; Лейн, Ник (2016-12-20). «Выбор качества митохондрий движет эволюцией зародышевой линии» . PLOS Биология . 14 (12): e2000410. DOI : 10.1371 / journal.pbio.2000410 . ISSN 1544-9173 . PMC 5172535 . PMID 27997535 .   
  9. ^ Зайпель, Катя; Янзе, Натали; Шмид, Волкер (2004). «Генетическая линия и ген соматических стволовых клеток Cniwi у медузы Podocoryne carnea» . Международный журнал биологии развития . 48 (1): 1–7. DOI : 10.1387 / ijdb.15005568 . ISSN 0214-6282 . PMID 15005568 .  
  10. ^ Отто, Джоанн Дж .; Кэмпбелл, Ричард Д. (1977). «Почкование гидры аттенуата: стадии зародыша и карта судьбы». Журнал экспериментальной зоологии . 200 (3): 417–428. DOI : 10.1002 / jez.1402000311 . ISSN 0022-104X . PMID 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. DOI : 10.1289 / ehp.6895 . ISSN 0091-6765 . PMC 1247189 . PMID 15198916 .   
  12. ^ а б Мерфи, Патрисия; Маклин, Дерек Дж .; МакМахан, К. Алекс; Уолтер, Кристи А .; Маккэрри, Джон Р. (2013). «Повышенная генетическая целостность зародышевых клеток мыши» . Биология размножения . 88 (1): 6. DOI : 10,1095 / biolreprod.112.103481 . ISSN 0006-3363 . PMC 4434944 . PMID 23153565 .   
  13. ^ a b c Чен, Чен; Ци, Хунцзянь; Шен, Юфэн; Пикрелл, Джозеф; Пржеворски, Молли (2017). «Контрастные детерминанты скорости мутаций в зародышевой линии и соме» . Генетика . 207 (1): 255–267. DOI : 10.1534 / genetics.117.1114 . ISSN 0016-6731 . PMC 5586376 . PMID 28733365 .   
  14. ^ Дэн, Грейс; Папавасилиу, Ф. Нина (2007). «Соматическая гипермутация иммуноглобулина». Ежегодный обзор генетики . 41 (1): 107–120. DOI : 10.1146 / annurev.genet.41.110306.130340 . ISSN 0066-4197 . PMID 17576170 .  
  15. ^ Bae, Taejeong; Томазини, Ливия; Мариани, Джессика; Чжоу, Бо; Ройчоудхури, Танмой; Франджич, Даниэль; Плетикос, Миховил; Паттни, Реенал; Чен, Бо-Цзюэн; Вентурини, Элиза; Райли-Гиллис, Бриджит (02.02.2018). «Различные скорости и механизмы мутаций в клетках человека при прегаструляции и нейрогенезе» . Наука . 359 (6375): 550–555. Bibcode : 2018Sci ... 359..550B . DOI : 10.1126 / science.aan8690 . ISSN 0036-8075 . PMC 6311130 . PMID 29217587 .   
  16. ^ Leija-Salazar, M .; Piette, C .; Проукакис, К. (2018). «Обзор: соматические мутации при нейродегенерации» (PDF) . Невропатология и прикладная нейробиология . 44 (3): 267–285. DOI : 10.1111 / nan.12465 . PMID 29369391 . S2CID 4362512 .