Tiché mutácie sú mutácie DNA, ktoré buď nemajú za následok zmenu aminokyselinovej sekvencie proteínu, alebo vedú k vloženiu alternatívnej aminokyseliny s podobnými vlastnosťami ako pôvodná aminokyselina. Tiché mutácie sa môžu vyskytovať v nekódujúcich oblastiach (mimo génov v rámci intronov) alebo sa môžu vyskytovať v exónoch. Výraz tichá mutácia sa často používa zameniteľne s výrazom synonymná mutácia; synonymné mutácie sú však podkategóriou prvej z nich a vyskytujú sa len v rámci exónov. Mutácie, ktoré spôsobujú, že zmenený kodón produkuje aminokyselinu s podobnou funkciou (t. j. mutácia produkujúca leucín namiesto izoleucínu), sa často klasifikujú ako tiché; ak sú vlastnosti aminokyseliny zachované, táto mutácia zvyčajne významne neovplyvňuje funkciu proteínu.
Tiché mutácie a genetický kód
Väčšina aminokyselín je špecifikovaná viacerými kodónmi, čo dokazuje, že genetický kód je degenerovaný. Kodóny, ktoré kódujú tú istú aminokyselinu, sa označujú ako synonymá. Tiché mutácie sú zámeny báz, ktoré pri translácii zmenenej messengerovej RNA (mRNA) nevedú k zmene aminokyseliny alebo funkčnosti aminokyseliny. Ak sa napríklad kodón AAA zmení na AAG, do peptidového reťazca sa začlení tá istá aminokyselina – lyzín. Tiché mutácie môžu vzniknúť aj inzerciou alebo deléciou, ktoré spôsobia posun v čítacom rámci. Príkladom je modifikácia sekvencie AUGAAAGAGACGU. Ak by došlo k delécii na šiestej pozícii, sekvencia by sa zmenila na AUGAAGAGACGU. Ak čítací rámec začína na prvej pozícii peptidového reťazca, v ktorejkoľvek z uvedených sekvencií by aminokyselina nasledujúca po štartovacom kodóne AUG bola lyzín. Takéto mutácie posunu rámca môžu viesť k škodlivým účinkom na peptidový reťazec vrátane vloženia rôznych aminokyselín alebo predčasného skrátenia proteínu.
Keďže tiché mutácie nemenia funkciu proteínu, často sa považujú za evolučne neutrálne. Je známe, že mnohé organizmy vykazujú tendencie v používaní kodónov, čo naznačuje, že existuje selekcia na používanie určitých kodónov z dôvodu potreby translačnej stability. Dostupnosť transferovej RNA (tRNA) je jedným z dôvodov, prečo tiché mutácie nemusia byť také tiché, ako sa bežne predpokladá.
Pre každý kodón existuje iná molekula tRNA. Napríklad pre kodón UCU existuje špecifická molekula tRNA a pre kodón UCC iná špecifická molekula tRNA, pričom obe kódujú aminokyselinu serín. V tomto prípade, ak by bolo tRNA UCC tisíckrát menej ako tRNA UCU, potom by inkorporácia serínu do polypeptidového reťazca prebiehala tisíckrát pomalšie, keď mutácia spôsobí zmenu kodónu z UCU na UCC. Ak sa transport aminokyselín do ribozómu oneskorí, translácia bude prebiehať oveľa pomalšie. To môže mať za následok nižšiu expresiu konkrétneho génu obsahujúceho túto tichú mutáciu, ak sa mutácia vyskytuje v exóne. Okrem toho, ak ribozóm musí čakať príliš dlho na prijatie aminokyseliny, môže predčasne ukončiť transláciu.
Štrukturálne dôsledky tichých mutácií
Nesynonymná mutácia, ktorá sa vyskytuje na genómovej alebo transkripčnej úrovni, je mutácia, ktorá vedie k zmene sekvencie aminokyselín v proteínovom produkte. Primárna štruktúra proteínu sa vzťahuje na jeho aminokyselinovú sekvenciu. Zámena jednej aminokyseliny za inú môže narušiť funkciu a štruktúru proteínu alebo jej účinky môžu byť minimálne alebo tolerované v závislosti od toho, ako úzko spolu korelujú vlastnosti aminokyselín, ktorých sa zámena týka. Predčasné vloženie stop kodónu, tzv. nonsense mutácia, môže zmeniť primárnu štruktúru proteínu. V tomto prípade vzniká skrátený proteín. Funkcia a skladanie proteínu závisí od pozície, v ktorej bol stop kodón vložený, a od množstva a zloženia stratenej sekvencie.
Naopak, tiché mutácie sú mutácie, pri ktorých sa nemení sekvencia aminokyselín. Tiché mutácie vedú k zmene jedného z písmen v trojbodovom kóde, ktorý predstavuje kodón, ale napriek zmene jednej bázy zostáva aminokyselina, ktorá je kódovaná, nezmenená alebo má podobné biochemické vlastnosti. Umožňuje to degenerácia genetického kódu.
V minulosti sa predpokladalo, že tiché mutácie majú malý alebo žiadny význam. Najnovší výskum však naznačuje, že takéto zmeny v trojkombinačnom kóde majú vplyv na účinnosť translácie proteínov a na ich skladanie a funkciu.
Tiché mutácie menia sekundárnu štruktúru mRNA. mRNA má sekundárnu štruktúru, ktorá nie je nevyhnutne lineárna ako štruktúra DNA, preto tvar, ktorý sprevádza komplementárne väzby v štruktúre, môže mať významný vplyv. Napríklad ak je molekula mRNA relatívne nestabilná, potom ju môžu enzýmy v cytoplazme rýchlo degradovať. Ak je molekula RNA vysoko stabilná a komplementárne väzby sú silné a odolné voči rozbaleniu pred transláciou, potom môže byť gén nedostatočne exprimovaný. Použitie kodónov ovplyvňuje stabilitu mRNA.
Ak sa prichádzajúci ribozóm zastaví kvôli uzlu v RNA, potom by polypeptid mohol mať dostatok času na zloženie do nenatívnej štruktúry skôr, ako molekula tRNA pridá ďalšiu aminokyselinu. Tiché mutácie môžu ovplyvniť aj spájanie alebo kontrolu transkripcie.
Tiché mutácie ovplyvňujú skladanie a funkciu proteínov. Nedávny výskum naznačuje, že tiché mutácie môžu mať vplyv na následnú štruktúru a aktivitu proteínov. Načasovanie a rýchlosť skladania proteínov sa môžu zmeniť, čo môže viesť k funkčným poruchám.
Výskum a klinické aplikácie
Tiché mutácie boli použité ako experimentálna stratégia a môžu mať klinické dôsledky.
Steffen Müller z Univerzity Stony Brook navrhol vakcínu proti detskej obrne, v ktorej bol patogén upravený tak, aby synonymné kodóny nahradili prirodzene sa vyskytujúce kodóny v genóme. Výsledkom bolo, že vírus bol stále schopný infikovať a rozmnožovať sa, hoci pomalšie. Myši, ktoré boli očkované touto vakcínou a vykazovali odolnosť voči prirodzenému kmeňu detskej obrny.
Pri experimentoch molekulárneho klonovania môže byť užitočné zaviesť tiché mutácie do génu záujmu, aby sa vytvorili alebo odstránili rozpoznávacie miesta pre reštrikčné enzýmy.
Duševné poruchy môžu byť spôsobené tichými mutáciami. Jedna tichá mutácia spôsobuje, že gén dopamínového receptora D2 je menej stabilný a rýchlejšie sa rozkladá, čím sa gén nedostatočne exprimuje.
Tichá mutácia v géne 1 pre viacnásobnú liekovú rezistenciu (MDR1), ktorý kóduje bunkovú membránovú pumpu, ktorá vypudzuje lieky z bunky, môže spomaliť transláciu na špecifickom mieste a umožniť tak ohnutie peptidového reťazca do nezvyčajnej konformácie. Mutantná pumpa je teda menej funkčná.
Odchýlky od priemernej citlivosti na bolesť (APS) sú spôsobené mutáciou ATG na GTG (nesynonymná) a mutáciou CAT na CAC (synonymná). Paradoxne, tieto dve mutácie sú spoločné pre gén pre nízku citlivosť na bolesť (LPS) a vysokú citlivosť na bolesť (HPS). LPS má dodatočnú nemú mutáciu CTC na CTG, zatiaľ čo HPS nie a zdieľa sekvenciu CTC na tomto mieste s APS
Inzercia – Delecia – Substitúcia (Transverzia, Prechod)
Nonsense mutácia – Missense mutácia – Silent mutácia – Frameshift mutácia – Dynamická mutácia
Chromozómové translokácie – Chromozómové inverzie
Deleteriózna mutácia – Výhodná mutácia – Neutrálna mutácia – Takmer neutrálna mutácia