Навіть якщо мутація не змінює амінокислоту в білці, вона в більшості випадків погано впливає на клітку.
У ДНК постійно з'являються мутації. Деякі йдуть організму на користь, деякі шкодять, а деякі, нейтральні, ні на що не впливають. Якщо згадати, що більша частина ДНК нічого не кодує і не задіяна в регуляторних процесах, то легко здогадатися, що нейтральні мутації - це ті, які потрапляють в таку баластну, або сміттєву, ДНК. Але і в кодуючій ДНК мутації не завжди проявляють себе. Відбувається так через особливості генетичного коду. Як ми знаємо, послідовність амінокислот у білку закодована послідовністю кодонів у ДНК. Кодон, або триплет, - це трійка генетичних букв, яким відповідає амінокислотне значення. Всього генетичних букв у нас чотири, і ось, складаючись по три, вони утворюють словник для всіх амінокислот, з яких складаються наші білки.
Але якщо деякі амінокислоти кодуються лише одним кодоном, інші кодуються двома, чотирма і навіть шістьма. (Власне, за одним кодоном дісталося тільки двом амінокислотам, метіоніну і триптофану.) І якщо ми подивимося на кодони, які кодують одну і ту ж амінокислоту, то побачимо, що вони схожі. Наприклад, глутамінову амінокислоту кодують трійки GAA і GAG, де А і G - азотисті підстави аденін і гуанін. Легко зрозуміти, що мутація, яка в цих кодонах замінить останній А на G (або навпаки), саму амінокислоту не змінить - при синтезі в зростаючий поліпептидний ланцюг все одно вбудується глутамінова кислота. А ось якщо замість першого G раптом з'явиться А, то на місці глутамінової кислоти виявиться лізин - його кодони виглядають як AAA і AAG.
Мутації, які не змінюють кодона, називають синонімічними - на місці одного кодона виявляється його синонім, що позначає ту ж амінокислоту. Якщо амінокислота буде та ж, то з білком нічого не станеться, він буде працювати, як працював - мутація за ефектом виявиться нейтральною. Але в останні роки різні дослідники раптом стали помічати, що нейтральні синонімічні мутації насправді не такі вже й нейтральні.
Співробітники Мічиганського університету і Стенфордського університету в експериментах з дріжджами підтверджують, що все так і є, що це не якісь дивні винятки:синонімічні мутації, які не повинні ні на що впливати, в більшості випадків виявляються явно шкідливими (але іноді і корисними). За допомогою методу генетичного редагування CRISPR/Cas вони створили кілька тисяч штамів дріжджів з різними мутаціями в якомусь одному гені (всього таких генів вибрали двадцять один, але в кожному штамі, повторимо, мутація була тільки в одному з них). Ефект від мутацій оцінювали за зростанням і розмноженням дріжджів: чим більше нащадків мутант може залишити, тим більш він успішний з точки зору біологічної еволюції, і навпаки - якщо мутант розмножується погано, значить, мутація йому шкодить.
У статті в Nature йдеться, що 75,9% синонімічних мутацій були для дріжджів шкідливі, 1,3% - корисні, інші ж були дійсно нейтральні. Самі автори не очікували, що псевдонейтральних мутацій виявиться так багато. Можна припустити, що і в інших організмів ми теж переоцінюємо нейтральність синонімічних мутацій, але тут потрібні додаткові дослідження.
Чому так відбувається? Очевидно, тут щось відбувається не на рівні готового білка, а в ході тих молекулярних процесів, які йому передують. Дослідники спробували хоча б у загальних рисах з'ясувати, що за механізм тут працює, і побачили, що псевдонейтральні мутації впливають на рівень активності гена. «Білкова» інформація з гена в ДНК спочатку повинна бути скопійована в РНК, а потім вже ця РНК відправляється до білок-синтезуючих машин рибосомам, які читають на ній її кодони і відповідно до послідовності кодонів з'єднують амінокислоти в поліпептид. Синонімічні мутації не змінюють амінокислоти, але вони якось впливають на швидкість синтезу білка - і, наприклад, якоїсь важливої білкової молекули в клітці виявиться менше або більше, ніж потрібно, і клітина від цього буде ділитися повільніше або швидше.