Substitución sinónima

Unha substitución sinónima (a miúdo chamada substitución silenciosa, aínda que non sempre son silenciosas) é a substitución dunha base por outra nun exón dun xene que codifica unha proteína, de modo que a secuencia de aminoácidos non se modifica. Isto é posible porque o código xenético está "dexenerado", o que significa que algúns aminoácidos están codificados por máis dun triplete de bases ou codón. Dado que algúns dos codóns para un determinado aminoácido difiren só nun nucleótido dos outros que codifican o mesmo aminoácido, unha mutación que substitúe a base "normal" por unha das alternativas causará a incorporación do mesmo aminoácido na cadea polipeptídica en crecemento durante a tradución da secuencia dun xene. As substitucións sinónimas e as mutacións que afectan o ADN non codificante adoitan considerarse mutacións silenciosas; porén, non sempre unha mutación sinónima é silenciosa.[1][2][3][4][5]

Unha mutación sinónima pode afectar a transcrición, empalme, transporte do ARNm e a tradución, e calquera destes procesos podería alterar o fenotipo resultante, facendo que a mutación sinónima non sexa silenciosa.[3] A especificidade de substrato do ARNt respecto do codón pode afectar ao ritmo da tradución, e á súa vez ao pregamento da proteína cotraducional.[1] Isto reflíctrese no nesgo no uso dos codóns que se observa en moitas especies. Unha substitución non sinónima ten como resultado un cambio no aminoácido que pode ser clasificado arbitrariamente como conservador (un cambio a un aminoácido con similares propiedades fisicoquímicas), semiconservador (por exemplo dun aminoácido cargado negativamente a outro cargado positivamente), ou radical (a un aminoácido moi diferente).

Dexeneración do código xenético

A tradución de proteínas implica un conxunto de vinte aminoácidos. Cada un deles está codificado por unha secuencia de tres nucleótidos do ADN chamada codón. Como hai 64 codóns posibles, pero só 20-22 aminoácidos codificados (na natureza) e un sinal de parada (é dicir, hai tres codóns que non codifican ningún aminoácido e coñécense como codóns de parada ou stop, que indican que a tradución debe parar ao chegar a eles), algúns aminoácidos están codificados por 2, 3, 4 ou 6 codóns distintos. Por exemplo, os codóns TTT e TTC codifican ambos o aminiácido fenilalanina. Isto refírese a miúdo como redundancia do código xenético. Hai dous mecanismos para a redundancia: varios ARNt distintos poden entregar o mesmo aminoácido no ribosoma, ou un ARNt pode ter unha base cambaleante non estándar na terceira posición do anticodón, que recoñece máis dunha base no codón.

No exemplo anterior da fenilalanina, se supoñemos que a base na posición 3 do codón TTT é substituída por C, converte o codón en TTC. O aminoácido nesa posición na proteína seguirá sendo fenilalanina. Por tanto, a substitución é sinónima.

Evolución

Cando ocorre unha mutación silenciosa ou sinónima, o cambio adoita considerarse neutro, o que significa que non afecta a fitness do individuo que porta o novo xene para sobrevivir e reproducirse.

Os cambios sinónimos poden non ser neutros porque certos codóns son traducidos máis eficazmente (máis rápido ou con maior precisión) que outros. Por exemplo, cando se introduce un conxunto de cambios sinónimos no xene da alcohol deshidroxenase da mosca do vinagre, cambiando varios codóns aos sinónimos subóptimos, a produción do encima codificado vese reducida[6] e as moscas adultas mostan menor tolerancia ao etanol.[7] Moitos organismos, desde bacterias a animais, mostran un uso nesgado de certos codóns sinónimos. Ese nesgo no uso dos codóns pode orixinarse por diferentes razóns, algunhas selectivas e outras neutras. En Saccharomyces cerevisiae o uso de codóns sinónimos sábese que inflúe na estabilidade do pregamento dos ARNm, e a estrutura secundaria do ARNm que codifica diferentes proteínas prefire distintos codóns.[8]

Outra razón pola que os cambios sinónimos non son sempre neutros é que as secuencias de exóns que están preto dos límites entre exón e intrón funcionan como sinais para o empalme de ARN. Cando se destrúe o sinal de empalme por unha mutación sinónima, o exón non aparece na proteína final. Isto ten como resultado unha proteína truncada. Un estudo atopou que aproximadamente unha cuarta parte das variacións sinónimas que afectaban o exón 12 do xene do regulador da condutancia transmembrans da fibrose quística tiñan como resultado que se salte ese exón no empalme.[9]

Notas

  1. ↑ 1,0 1,1 Kimchi-Sarfaty, C.; Oh, J. M.; Kim, I.-W.; Sauna, Z. E.; Calcagno, A. M.; Ambudkar, S. V.; Gottesman, M. M. (26 January 2007). "A "Silent" Polymorphism in the MDR1 Gene Changes Substrate Specificity". Science 315 (5811): 525–8. PMID 17185560. doi:10.1126/science.1135308. 
  2. ↑ Chamary, JV; Parmley, JL; Hurst, LD (February 2006). "Hearing silence: non-neutral evolution at synonymous sites in mammals.". Nature Reviews Genetics 7 (2): 98–108. PMID 16418745. doi:10.1038/nrg1770. 
  3. ↑ 3,0 3,1 Goymer, Patrick (February 2007). "Synonymous mutations break their silence". Nature Reviews Genetics 8 (2): 92. doi:10.1038/nrg2056. 
  4. ↑ Zhou, Tong; Ko, Eun A.; Gu, Wanjun; Lim, Inja; Bang, Hyoweon; Ko, Jae-Hong; Uversky, Vladimir N. (31 October 2012). "Non-Silent Story on Synonymous Sites in Voltage-Gated Ion Channel Genes". PLOS One 7 (10): e48541. PMC 3485311. PMID 23119053. doi:10.1371/journal.pone.0048541. 
  5. ↑ Graur, Dan (2003). "Single Base Mutation" (PDF). En Cooper, David N. Nature Encyclopedia of the Human Genome. MacMillan. ISBN 0333803868. 
  6. ↑ Carlini, David B.; Stephan, Wolfgang (2003). "In vivo introduction of unpreferred synonymous codons into the Drosophila Adh gene results in reduced levels of ADH protein". Genetics 163 (1): 239–243. PMC 1462401. PMID 12586711. 
  7. ↑ Carlini, David B. (2004). "Experimental reduction of codon bias in the Drosophila alcohol dehydrogenase gene results in decreased ethanol tolerance of adult flies". Journal of Evolutionary Biology 17 (4): 779–785. PMID 15271077. doi:10.1111/j.1420-9101.2004.00725.x. 
  8. ↑ Kahali, Bratati; Basak Surajit; Ghosh Tapash Chandra (March 2007). "Reinvestigating the codon and amino acid usage of S. cerevisiae genome: a new insight from protein secondary structure analysis". Biochem. Biophys. Res. Commun. 354 (3): 693–9. PMID 17258174. doi:10.1016/j.bbrc.2007.01.038. 
  9. ↑ Pagani, Franco; Raponi, Michela; Baralle, Francisco E. (2005). "Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (18): 6368–72. PMC 1088389. PMID 15840711. doi:10.1073/pnas.0502288102. .

Véxasde tamén

Outros artigos