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Cancers Originate from Somatic Mutations in a Single Cell

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Cancer arises from mutations in the critical genes that allow healthy cells to escape cell cycle regulation and acquire the ability to proliferate indefinitely. Though originating from a single mutation event in one of the originator cells, cancer progresses when the mutant cell lines continue to gain more and more mutations, and finally, become malignant. For example, chronic myelogenous leukemia (CML) develops initially as a non-lethal increase in white blood cells, which progressively...
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Mutations

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Overview
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Mutations

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Mutations are changes in the sequence of DNA. These changes can occur spontaneously or they can be induced by exposure to environmental factors. Mutations can be characterized in a number of different ways: whether and how they alter the amino acid sequence of the protein, whether they occur over a small or large area of DNA, and whether they occur in somatic cells or germline cells.
Chromosomal Alterations Are Large-Scale Mutations
While point mutations are changes in a single nucleotide in...
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Induced-fit Model01:13

Induced-fit Model

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Most chemical reactions in cells require enzymes—biological catalysts that speed up the reaction without being consumed or permanently changed. They reduce the activation energy needed to convert the reactants into products. Enzymes are proteins, that usually work by binding to a substrate—a reactant molecule that they act upon.
Enzymes exhibit substrate specificity, meaning that they can only bind to certain substrates. This is mainly determined by the shape and chemical...
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Viral Mutations00:36

Viral Mutations

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A mutation is a change in the sequence of bases of DNA or RNA in a genome. Some mutations occur during replication of the genome due to errors made by the polymerase enzymes that replicate DNA or RNA. Unlike DNA polymerase, RNA polymerase is prone to errors because it is not capable of “proofreading” its work. Viruses with RNA-based genomes, like HIV, therefore accrue mutations faster than viruses with DNA-based genomes. Because mutation and recombination provide the raw material...
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Inclusive Fitness

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Most altruistic behavior—in which one animal helps another at a cost to themselves—occurs between relatives. Scientists think these altruistic behaviors evolved because they increase the inclusive fitness of the animal providing help.
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Dinámica de mutación y efectos de adaptación seguidos en células individuales

Lydia Robert1,2, Jean Ollion3, Jerome Robert3

  • 1Laboratoire Jean Perrin, UMR 8237 Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Paris, France. lydia.robert@polytechnique.org marina.elez3@gmail.com.

Science (New York, N.Y.)
|March 29, 2018
PubMed
Resumen

Los investigadores visualizaron mutaciones de una sola célula en E. coli utilizando imágenes avanzadas, encontrando que la mayoría de las mutaciones eran casi neutrales y revelando diferencias individuales en las tasas de mutación y los costos de la aptitud.

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Área de la Ciencia:

  • Microbiología y Genética
  • Biología celular
  • Biología evolutiva

Sus antecedentes:

  • La observación de mutaciones en células individuales es un desafío, lo que limita la comprensión de su dinámica y efectos de aptitud.
  • Los estudios anteriores carecían de la resolución para rastrear la aparición y el impacto de la mutación a nivel celular individual a lo largo del tiempo.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar y aplicar un nuevo método para visualizar y cuantificar la dinámica de la mutación en células individuales.
  • Para caracterizar los efectos de la aptitud de las mutaciones y su distribución dentro de una población.
  • Investigar las variaciones de una sola célula en las tasas de mutación e interacciones.

Principales métodos:

  • Se utilizaron microfluidos y imágenes en lapso de tiempo para la observación de alta resolución de células individuales de Escherichia coli.
  • Empleó una etiqueta fluorescente para el sistema de reparación de desajustes para visualizar eventos de mutación.
  • Ha rastreado el crecimiento celular, la vida útil y las mutaciones de todo el genoma a lo largo de cientos de generaciones.

Principales resultados:

  • Emergencia de mutación visualizada en células individuales, que demuestra la dinámica poissoniana.
  • Documentó aproximadamente 20,000 mutaciones en todo el genoma a través de miles de generaciones.
  • Se encontró que el 1% de las mutaciones eran letales, mientras que las mutaciones no letales mostraron una distribución de efecto de fitness de cola pesada, dominada por mutaciones cuasi-neutrales (costo promedio del 0,3%).

Conclusiones:

  • El enfoque desarrollado permite la observación directa de la dinámica de la mutación y los efectos de adaptación a nivel de una sola célula.
  • Los efectos de adaptación a la mutación son predominantemente casi neutrales, con una variabilidad celular individual significativa.
  • Este trabajo proporciona nuevos conocimientos sobre la individualidad de las tasas de mutación, los costos de la aptitud e interacciones.