II. ĐỘT BIẾN GEN
Hình 4 3: Đột biến lệch khung do mất một nucleotide (A) và do thêm một nucleotide (B)
nucleotide (B)
(A)
đột biến trong các gen mutH, mutL, mutS làm hạn chế khả năng đọc sửa trong quá trình tái bản ADN
II.3.2.2. Sai sót trong tái bản ADN do các bazơ trong ADN gây ra - hiện tượng hỗ biến
Ở mức độ nucleotide, tất cả các nucleotide đều tồn tại một trong hai dạng hỗ biến (tautomer), dạng keto hoặc dạng enol nếu nó có 1 nhóm hydroxyl, hoặc dạng imino và amino nếu nó có 1 nhóm amino. Dạng phổ biến của các bazơ là imino hoặc keto, trong khi hai dạng kia rất hiếm gặp. Hiện tượng thay đổi keto thành enol hoặc imino thành amino được gọi là hiện tượng hỗ biến (tautomerism, tautomerization) hay sự thay đổi vị trí tautomer. Ví dụ: Các nguyên tử H có thể di chuyển từ một vị trí trên purin hoặc pyrimiddin sang một N khác.
Hình 4.4: Các dạng tautomer
Sự thay đổi tautomer có thể gây ra đột biến vì các dạng bazơ không phổ biến này thường không kết cặp bổ sung trong quá trình nhân đôi. Chuyển vị trí tautomer (enol thành keto hoặc imino thành amino) làm đột biến xuất hiện với tần suất 1/10000 bazơ. Thực tế, tỷ lệ này chỉ khoảng 10-10. Sự sai khác này được giải thích là nhờ các cơ chế sửa sai của ADN polymerase.
Qua phân tích, người ta thấy rằng các đột biến tự phát do sự hỗ biến của các bazơ chủ yếu là các đột biến đồng hoán và khả năng xuất hiện các đột biến hai chiều (CG TA), nghĩa là có thể phục hồi các đột biến đồng hoán tự phát nhờ các đột biến nghịch (back mutation) hay hồi biến thực (true reversion).
II.3.2.3. Các đột biến dịch khung tự phát trong quá trình tái bản
Các tác nhân xen vào giữa (intercalating agents) là nhóm tác nhân quan trọng gây biến đổi ADN, bao gồm các thuốc nhuộm acridine-là các phân tử mô phỏng các bazơ và có thể xen vào giữa các bazơ nitơ của chuỗi xoắn kép ADN. Bằng cách đấy chúng gây ra sự xen
thêm hoặc mất một cặp nucleotide trên gen, dẫn đến khung đọc mã thay đổi và các protein được tổng hợp thường không có hoạt tính.
II.3.2.4. Các đột biến tự phát gây ra do deamine hoá
Deamine hoá (deamination) là một quá trình khử đi nhóm amine của các nucleotide. Kiểu deamine hoá phổ biến nhất là đảo Cytosine thành Uracil, thường thì không dẫn tới đột biến, bởi vì các tế bào có một cơ chế tách uracil dưới sự tác động của Uracil-DNA glycosylase làm cắt liên kết giữa uracil và deoxyribose của nó, sau đó một enzyme khác tới bổ sung một Cytosine vào gốc đường này để nó cặp đôi với G ở sợi đối diện.
ADN của một số sinh vật có chứa một lượng nhỏ các bazơ sửa đổi thêm vào 4 loại thông thường. Phổ biến nhất là 5-methylcytosine (5mC) có thể cặp chính xác với G như các C chuẩn. Tuy nhiên các vị trí chứa 5mC trong ADN có thể trở thành các điểm nóng cho các đột biến tự phát thông qua deamine hoá.
II.3.3. Các tác nhân gây đột biến hoá học
II.3.3.1. Đột biến gây ra bởi các chất tương tự nucleoside
Một số hợp chất hoá học có thể làm tăng tần số hỗ biến và qua đó gây ra một số đột biến. Các giả bazơ có cấu trúc hoá học tương đồng với bốn loại nucleotide. Khi chúng được photphoryl hoá thì chúng có thể được kết hợp vào ADN Phân tử 5-bromodeoxyuridin (5- BrdU) có gốc brom ở vị trí số 5 trên vòng pyrimidin thay vì gốc metyl, do đó nó tương đồng với T, kết qủa là nó thường cặp đôi với A. BrdU có thể tồn tại ở dạng enol và dạng keto, khi tồn tại ở dạng enol thì nó kết hợp với G. Sự khác nhau giữa BrdU và một bazơ bình thường là BrdU tồn tại ở dạng enol lâu hơn, kết quả là qua lần tự sao tiếp theo BrdU tạo ra một đồng hoán GC thành AT và AT thành GC. Các đột biến giả bazơ đòi hỏi có quá trình tự sao cho sự phát sinh đột biến vì nếu tế bào không nhân đôi thì các giả bazơ có chèn vào ADN cũng không thể tạo ra đột biến được.
Hình 4.5 : Deamine hoá Cytosine thành Uracil dưới tác dụng của HNO2