Nenevtralni sinonimi

Mutacije v genih, ki kodirajo proteine, lahko spremenijo aminokislinsko zaporedje proteina in tako vplivajo na njegovo učinkovitost in posledično uspešnost razmnoževanja organizma oziroma njegov fitnes. Zaradi degeneriranosti genetskega koda pa veliko število mutacij ne vodi vedno v spremembo aminokislinskega zaporedja proteina. Raziskovalna skupina iz Michigana in Stanforda v novi raziskavi ugotavlja, da lahko takšne, sinonimne mutacije – v nasprotju z dosedanjimi prepričanji – v veliki meri vplivajo tudi na fitnes organizma in tako niso nevtralne.

Mutacije DNK lahko vplivajo na številne procese znotraj celic. Najbolj očiten učinek je sprememba nukleotidnega zaporedja DNK, ki se odrazi v zamenjavi aminokisline na tem mestu v proteinu. Takšna zamenjava lahko vodi v nefunkcionalen protein, ker se ta ne zvije pravilno in tako ne more več opravljati svoje biološke funkcije. Takšne mutacije imajo navadno velik vpliv na delovanje organizma, zato je evolucija poskrbela, da večina mutacij v genih, ki kodirajo proteine, pravzaprav sploh ne spremeni aminokislinskega zaporedja prevedenega proteina. To doseže tako, da vsako aminokislino v proteinih kodira več kombinacij trinukleotidov. Aminokislino glutamin denimo zapisujeta tako kombinacija GAA kot tudi GAG.

Mutacijam, ki ne spremenijo zapisa proteina, pravimo tudi sinonimne mutacije in zanje je dolgo veljalo, da nimajo znatnega vpliva na uspešnost organizma. Raziskovalci so v novi raziskavi sistematično raziskali vpliv sinonimnih mutacij na dobro preučenih 21 genih iz kvasovke. S tehnologijo CRISPR-Cas so načrtno uvedli dva tipa mutacij – takšne, ki spremenijo zaporedje proteina, in takšne, ki ga ne. Nato so primerjali učinke obeh mutacij in preverili, kako se katera izmed uvedenih sprememb prenaša v naslednje generacije.

Raziskava je presenetljivo pokazala, da imajo tudi tiste mutacije, ki sicer ne vplivajo na zgradbo proteina, znaten vpliv na fitnes kvasovke. Geni z uvedenimi sinonimnimi mutacijami so se namreč prav tako dobro ali slabo prenašali v naslednje generacije kvasovk kot tisti z nesinonimnimi mutacijami. Tako sinonimnih mutacij pravzaprav ne bi smeli smatrati za nevtralne. Raziskovalci so nadalje poskušali tudi odkriti molekularni mehanizem opaženega učinka sinonimnih mutacij. Preverili so, ali mutacije vplivajo na količino izraženega proteina. Ugotovili so, da tako sinonimne kot nesinonimne mutacije v podobni meri vplivajo na količino prepisane mRNK. Vzrok nezaznanih razlik med sinonimnimi in nesinonimnimi mutacijami bi se lahko skrival tudi v majhnih spremembah na uspešnost razmnoževanja, ki pa nam jih na tako majhni evolucijski skali, kot jo zagotovijo laboratoriji, sploh ne uspe izmeriti. Predstavljena raziskava prinaša pomemben zasuk pri razumevanju sinonimnih mutacij, saj teh glede na rezultate raziskave ne bi smeli a prióri smatrati za nevtralne.

ZbritOFF je pripravil Uroš.

Vir: Shen, X., Song, S., Li, C. et al. Synonymous mutations in representative yeast genes are mostly strongly non-neutral. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04823-w