Μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου είναι ένα γενετικό ελάττωμα που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή μη φυσιολογικών, συχνά μη λειτουργικών, πρωτεϊνών. Ένα λάθος στην αλληλουχία των γενετικών πληροφοριών αναγκάζει τον μηχανισμό πρωτεϊνοσύνθεσης του κυττάρου να συνδέει τα αμινοξέα μεταξύ τους με λάθος σειρά. Οι μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου σχετίζονται με μια σειρά από διαφορετικές ανθρώπινες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένης της νόσου Tay Sachs.
Προκειμένου να κατανοήσουμε γιατί μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου μπορεί να προκαλέσει ασθένεια, βοηθάει να κατανοήσουμε τα βασικά του τρόπου με τον οποίο παράγονται οι πρωτεΐνες. Ο κώδικας για όλες τις πρωτεΐνες βρίσκεται στο δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) που είναι αποθηκευμένο στους πυρήνες των κυττάρων και αυτό το DNA αποτελείται από συνδεδεμένα μόρια γνωστά ως νουκλεοτίδια. Για τη δημιουργία μιας πρωτεΐνης, το πρώτο βήμα είναι ένα μόριο γνωστό ως αγγελιοφόρος ριβονουκλεϊκό οξύ (mRNA) να δημιουργήσει ένα αντίγραφο του DNA. Στη συνέχεια, το mRNA ταξιδεύει έξω από τον πυρήνα και μετατρέπεται από μια νουκλεοτιδική αλληλουχία σε μια αλυσίδα αμινοξέων με τη βοήθεια δομών γνωστών ως ριβοσωμάτων, σε μια διαδικασία γνωστή ως μετάφραση. Οι πρωτεΐνες σχηματίζονται από αυτές τις αλυσίδες αμινοξέων.
Κατά τη μετάφραση, μια αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων mRNA που ονομάζεται κωδικόνιο προσδιορίζει ποιο αμινοξύ θα πρέπει να συνδεθεί στη συνέχεια. Είναι σημαντικό να διατηρηθεί η ακεραιότητα των κωδικονίων, ώστε το ριβόσωμα να μπορεί να συνδέσει τα σωστά αμινοξέα μεταξύ τους και να σχηματίσει τη σωστή πρωτεΐνη. Όταν συμβαίνει μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου, υπάρχει ένα σφάλμα στην αλληλουχία του mRNA που έχει ως αποτέλεσμα τη λανθασμένη ανάγνωση των κωδικονίων.
Για παράδειγμα, μια πιθανή αλληλουχία mRNA μπορεί να είναι UUUAAAGGG, όπου κάθε γράμμα αντιπροσωπεύει ένα νουκλεοτίδιο. Τα κανονικά κωδικόνια θα είναι επομένως UUU, AAA και GGG. Εάν παρουσιαστεί σφάλμα στο mRNA, μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την ακολουθία GUUUAAAGGG. Το ριβόσωμα θα διάβαζε τα κωδικόνια ως GUU, UAA και AGG επειδή το πλαίσιο αναφοράς μετατοπίστηκε από ένα επιπλέον νουκλεοτίδιο. Ως αποτέλεσμα, είτε τα λανθασμένα αμινοξέα θα συνδέονταν μεταξύ τους και θα δημιουργηθεί η λάθος πρωτεΐνη, είτε ένα κωδικόνιο θα μπορούσε να διαβαστεί ως σήμα για να σταματήσει, περικόβοντας έτσι πρόωρα την πρωτεΐνη.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορεί να συμβεί μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου. Θα μπορούσε να συμβεί με την εισαγωγή ενός νουκλεοτιδίου ή θα μπορούσε επίσης να προκύψει από τη διαγραφή ενός νουκλεοτιδίου. Εάν διαγραφούν τρία νουκλεοτίδια, αυτό δεν θα θεωρείται μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου επειδή τα κωδικόνια που έρχονται μετά τη μετάλλαξη διαβάζονται κανονικά και δεν έχουν μετατοπιστεί από τα κανονικά τους πλαίσια.
Πολλές διαφορετικές ανθρώπινες ασθένειες μπορεί να προκύψουν από μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου. Η νόσος Tay Sachs, μια κληρονομική πάθηση που συνήθως οδηγεί σε θάνατο σε πολύ νεαρή ηλικία, μπορεί να προκληθεί από μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου. Οι γενετικές μεταλλάξεις μπορούν επίσης να συσχετιστούν με την ανάπτυξη πιο κοινών ασθενειών, όπως διαφορετικών τύπων καρκίνου.