Войти
A соматическая мутация - это изменение в последовательности ДНК соматической клетки из многоклеточной ларный организм с выделенными репродуктивными клетками ; то есть любая мутация, которая возникает в клетке, кроме 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 отсутствует выделенная зародышевой линии, и у тех животных, которые могут воспроизводиться бесполым путем с помощью таких механизмов, как почкование, как у представителей cnidarian род Hydra.
Хотя соматические мутации не передаются потомкам организма, соматические мутации будут присутствовать у всех потомков клетки в одном организме. Многие раковые заболевания являются результатом накопленных соматических мутаций.
Соматические мутации, которые возникают на более ранней стадии развития, обычно присутствуют в большей части клеток организма. Термин соматический 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.
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. Соматические мутации, которые происходят позже в жизни организма, бывает трудно обнаружить, так как они могут затронуть только одну клетку - например, постмитотический нейрон; Поэтому усовершенствования в секвенировании отдельных клеток являются важным инструментом для изучения соматических мутаций. И ядерная ДНК, и митохондриальная ДНК клетки могут накапливать мутации; соматические мутации в митохондриях участвуют в развитии некоторых нейродегенеративных заболеваний.
Hydra oligactis с двумя зачатками. Воспроизведение почкованием является исключением 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, имеющих выделенную зародышевую линию 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. Растения и основные животные, такие как губки и кораллы, не имеют зародышевой линии; вместо этого они генерируют гаметы из плюрипотентных стволовых клеток во взрослых соматических тканях. У цветковых растений, например, половые клетки могут возникать из взрослых соматических клеток в цветочной меристеме. Другие животные без обозначенной зародышевой линии включают оболочников и плоских червей.
. Это различие также нечетко у организмов, которые могут размножаться бесполым способом без образования гамет. Например, животные из рода книдарий Гидра могут воспроизводиться бесполым путем посредством механизма почкования (они также могут размножаться половым путем). У гидры новая почка развивается непосредственно из соматических клеток родительской гидры. Мутация, присутствующая в ткани, которая дает начало дочернему организму, передается этому потомству.
Многие растения воспроизводятся естественным путем посредством вегетативного размножения - выращивания нового растения из фрагмента родительского растения - размножения соматических мутаций без стадии производства семян. Люди искусственно вызывают вегетативное размножение с помощью прививки и стеблевых черенков.
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 возникают ошибки в репарации ДНК или репликации. Как и в случае мутаций зародышевой линии, мутации в соматических клетках могут возникать из-за эндогенных факторов, включая ошибки во время репликации ДНК и восстановления и воздействие активных форм кислорода, производимых нормальными клеточными процессами. Мутации также могут быть вызваны контактом с мутагенами, которые могут увеличивать 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 устранить повреждения ДНК, которые в противном случае при репликации ДНК могли бы вызвать 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 излучением УФ-лучей и рентгеновских лучей, или химическими - молекулами, которые непосредственно взаимодействуют с ДНК, например метаболиты. из бензо [a] пирена, сильнодействующего канцерогена, обнаруженного в табачном дыме. Мутагены, связанные с раком, часто изучаются, чтобы узнать о раке и его профилактике.
Исследования показывают, что частота мутаций обычно выше в соматических клетках, чем в клетках зародышевой линии; кроме того, существуют различия в типах мутаций, наблюдаемых в зародышах и в соме. Существует различие в частоте мутаций между разными соматическими тканями в пределах одного организма и между видами.
Milholland et al. (2017) исследовали частоту мутаций дермальных фибробластов (тип соматических клеток) и клеток зародышевой линии у людей и мышей. Они измерили количество 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 зародышевой линии у людей и мышей.
У людей нагрузка мутаций в фибробластах была более чем в двадцать раз выше, чем у зародышевой линии (2,8 × 10 по сравнению с 1,2 × 10 мутаций на пару оснований). С поправкой на различия в предполагаемом числе делений клеток, частота мутаций фибробластов была примерно в 80 раз выше, чем у зародыша (соответственно, 2,66 × 10 против 3,3 × 10 мутаций на пару оснований за митоз).
Несоответствие в скорости мутации между зародышевой линией и соматическими тканями, вероятно, отражает большую важность генетической целостности в зародышевой линии, чем в соме. Различия в частоте мутаций могут быть связаны с различиями в скорости повреждения ДНК или с различиями в процессе репарации ДНК в результате повышенных уровней ферментов репарации ДНК.
Как часть адаптивного иммунного ответа, вырабатывающие антитела В-клетки подвержены мутации, во много раз превышающей 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 продуцировать антитела с большей антиген аффинностью.
Соматические мутации накапливаются в организме клетки по мере старения и с каждым раундом клеточного деления; роль соматических мутаций в развитии рака хорошо известна и вовлечена в биологию старения.
Мутации в нейрональных стволовых клетках (особенно во время нейрогенеза ) и в постмитотических нейронах приводят к геномной гетерогенности нейронов - так называемый «соматический мозаицизм мозга». 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. Поэтому точную оценку бремени соматических мутаций в нейронах по-прежнему трудно оценить.
Если мутация происходит в соматической клетке организма, она будет присутствовать у всех потомков этой клетки в одном организме. Накопление определенных мутаций в течение поколений соматических клеток является частью процесса злокачественной трансформации из нормальной клетки в раковую.
Клетки с гетерозиготными мутациями потери функции (одна хорошая копия гена и одна мутированная копия) могут нормально функционировать с немутированной 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.
