Jak mutacja punktowa może spowodować zatrzymanie syntezy białek?

Najprostszym rodzajem mutacji jest mutacja punktowa, w której jeden rodzaj nukleotydu, podstawowego elementu budulcowego DNA i RNA, jest przypadkowo wymieniany na inny. Zmiany te są często opisywane jako zmiany liter kodu DNA. Mutacje nonsensowne są specyficznym rodzajem mutacji punktowych, które mogą zatrzymać syntezę białek na kilka sposobów.

Procesy biochemiczne w komórce, które przekształcają informacje w kodzie genetycznym na produkcję i 3-D struktura określonego białka stop, gdy proces konwersji osiągnie trzyliterową sekwencję zwaną stop kodon. Jeśli mutacja punktowa zmieni sekwencję genu tak, że zawiera on kodon stop, proces konwersji zatrzyma się przedwcześnie, a wynikowy białko będzie krótsze niż powinno, a pozostałe informacje w genie następujące po kodonie stop nie zostaną przekształcone w białko.

DNA w ludzkich genach przechowuje informacje, które są przekształcane w cząsteczki RNA, które z kolei są przekształcane w określone białko. Zasadniczo gen dostarcza instrukcji tworzenia RNA, co z kolei dostarcza instrukcji syntezy białek.

Jeśli RNA zawiera kodon stop utworzony przez mutację, mechanizm konwersji czasami niszczy RNA w procesie zwanym rozpadem za pośrednictwem nonsensu. Ponieważ RNA jest niszczone, a nie przekształcane, produkcja białka zostaje zatrzymana, a powiązane funkcje komórkowe zmieniają się lub ustają.

Innym sposobem, w jaki mutacja punktowa zatrzymuje syntezę białek, jest regulacja genów. Białka regulatorowe mają określone kształty, które umożliwiają im przyklejanie się do określonych sekwencji liter w kodzie DNA, pozostawanie blisko genu i włączanie lub wyłączanie genu. Mutacja punktowa w jednej z tych sekwencji regulatorowych może zmienić gen, tak że białko regulatorowe nie będzie się już do niego przyklejać, wyłączyć gen i zatrzymać produkcję białka.

Powaga nonsensownej mutacji zależy od konkretnego rodzaju białka wytwarzanego przez gen i od tego, gdzie w genie występuje mutacja. Nonsensowna mutacja na początku genu odcięłaby większość białka, ale mutacja na końcu odcięłaby tylko znacznie mniejszą jego część. Jeśli białko, które pełni istotną funkcję, zostanie posiekane lub w ogóle nie wyprodukowane, konsekwencje dla komórki lub organizmu mogą być tragiczne. Aż 15 do 30 procent wszystkich chorób dziedzicznych u ludzi jest spowodowanych mutacjami nonsensownymi.