Immer wenn sich die Struktur oder Menge der DNA in einem Organismus ändert, wird dies als Mutation bezeichnet. Es gibt verschiedene Arten von Mutationen, je nachdem, wo die Veränderung auftritt und wie die DNA betroffen ist. Eine Nonsense-Mutation ist eine einzelne Basensubstitution oder Punktmutation. Bei einer Nonsense-Mutation wird nur eine Base im DNA-Strang verändert.
Die DNA besteht aus einer Doppelhelix aus langen Nukleotidsträngen, an die stickstoffhaltige Basen gebunden sind. Die vier Basen sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Die Nukleotide werden miteinander verbunden, um lange Polynukleotidstränge zu bilden. Die beiden Stränge werden durch Wasserstoffbrücken zwischen komplementären Basenpaaren zusammengehalten.
Jede Base ist entweder eine Purinbase oder eine Pyrimidinbase, abhängig von der Anzahl der chemischen Ringe in ihrer Molekülstruktur. Purinbasen haben zwei chemische Ringe und umfassen Adenin und Guanin. Pyrmidinbasen haben nur einen chemischen Ring und umfassen Cytosin und Thymin. Die Purinbasen paaren sich immer mit den Pyrimidinbasen, genauer gesagt Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin.
Wenn Proteine in einer Zelle synthetisiert werden, wird die Information für jedes Protein in den Genen entlang der DNA-Stränge transportiert. Ein Basentriplett oder Codon in einem Gen kodiert für eine bestimmte Aminosäure, die ein Baustein für Proteinmoleküle ist. Die zur Bildung eines Proteins zu verwendende Aminosäuresequenz wird durch die Sequenz der Codons bestimmt. Alle Veränderungen dieser Codons können, wenn sie nicht repariert werden, das gebildete Protein beeinflussen.
Um ein Protein zu bilden, laufen zwei Prozesse ab. Zunächst wird die DNA im Zellkern in Boten-RNA (mRNA) transkribiert. mRNA ist ein einzelsträngiges Molekül, das den Kern durch kleine Löcher oder Poren in der Kernmembran verlassen kann. Die mRNA trägt nun die Information zur Synthese eines Proteins während der Translation im Zytoplasma der Zelle.
Nonsense-Mutationen beeinflussen die genetisch kodierende Region der DNA. Wenn eine Nonsense-Mutation auftritt, wird eine Base verändert, so dass sich der Triplett-Code für ihre Aminosäure in den Code für ein Stop-Codon ändert. Die Stopcodons sind TTA, TAG oder TGA. Eine Nonsense-Mutation bewirkt, dass die Transkription der DNA in mRNA gestoppt wird, was bedeutet, dass der mRNA-Strang kürzer ist, als er sein sollte. Je früher diese Mutation im Gen auftritt, desto kürzer ist die mRNA und desto kürzer ist das Protein, wodurch es weniger wahrscheinlich funktioniert.
Es gibt eine Reihe von genetischen Störungen, die durch Nonsense-Mutationen verursacht werden. Mukoviszidose wird durch Mutationen im Gen verursacht, das für das Mukoviszidose-Transmembran-Leitfähigkeitsregulatorprotein (CFTR) kodiert. Manche Patienten haben eine Nonsense-Mutation im Gen, die dazu führt, dass ein Großteil des Proteins nicht gebildet wird. Alle Defekte in diesem Protein verursachen die verschiedenen Symptome der Erkrankung. Andere Erkrankungen, die durch Nonsense-Mutationen verursacht werden können, sind Duchenne-Muskeldystrophie, Beta-Thalassämie und das Hurler-Syndrom.