Мутация сайта сплайсинга - Splice site mutation

А мутация сайта сплайсинга это генетический мутация который вставки, удаляет или изменяет количество нуклеотидов в конкретном сайте, на котором сращивание происходит во время обработки предшественник матричной РНК в зрелая информационная РНК. Консенсусные последовательности сайтов сплайсинга, которые управляют экзон признание находятся на самом конце интроны.[1] Удаление сайта сплайсинга приводит к тому, что один или несколько интронов остаются в зрелая мРНК и может привести к появлению аномальных белки. Когда происходит мутация сайта сплайсинга, транскрипт мРНК обладает информацией от этих интронов, которую обычно не следует включать. Предполагается, что интроны удаляются, а экзоны экспрессируются.

Мутация должна происходить в конкретном сайте, в котором происходит сплайсинг интрона: в некодирующих сайтах гена, непосредственно рядом с местоположением экзона. Мутация может быть вставкой, удалением, сдвиг рамки и т. д. Сам процесс сплайсинга контролируется данными последовательностями, известными как донорные и акцепторные последовательности сплайсинга, которые окружают каждый экзон. Мутации в этих последовательностях могут привести к удержанию мРНК больших сегментов интронной ДНК или к сплайсингу целых экзонов из мРНК. Эти изменения могут привести к производству нефункционального белка.[2] Интрон отделяется от его экзона с помощью сайта сплайсинга. Акцепторный сайт и донорный сайт, относящиеся к сайтам сплайсинга, передают сигнал сплайсосома где должен быть сделан фактический разрез. Эти донорские сайты или сайты узнавания важны в процессинге мРНК. Ген среднего позвоночного состоит из множества небольших экзонов (средний размер 137 нуклеотидов), разделенных интронами значительно большего размера.[1]

Визуальное представление экземпляра мутации сайта сплайсинга[3]

Фон

В 1993 г. Ричард Дж. Робертс и Филипп Аллен Шарп получил Нобелевская премия по физиологии и медицине за открытие "расщепление генов ".[4] Использование модели аденовирус в своих исследованиях они смогли обнаружить сплайсинг - факт, что пре-мРНК преобразуется в мРНК после удаления интронов из сегмента РНК. Эти два ученых обнаружили существование сайтов сплайсинга, тем самым изменив облик геномных исследований. Они также обнаружили, что сплайсинг информационной РНК может происходить по-разному, что открывает возможность возникновения мутации.

Технологии

Сегодня существует много различных типов технологий, с помощью которых можно найти и проанализировать сайты монтажа для получения дополнительной информации. В Искатель сращивания людей является онлайн-база данных вытекающий из Проект "Геном человека" данные. База данных генома определяет тысячи мутаций, связанных с медициной и здравоохранением, а также предоставляет важную исследовательскую информацию о мутациях сайтов сплайсинга. Этот инструмент специально ищет ошибки сплайсинга пре-мРНК, вычисляет потенциальные сайты сплайсинга с использованием сложных алгоритмов и корреляцию с несколькими другими геномными базами данных онлайн, такими как Ансамбль браузер генома.[5]

Роль в болезни

Из-за чувствительного расположения сайтов сплайсинга мутации в акцепторных или донорных областях сайтов сплайсинга могут нанести вред человеку. Фактически, множество различных типов заболеваний возникает из-за аномалий в местах соединения.

Рак

Исследование, посвященное роли мутаций сайтов сплайсинга в развитии рака, подтвердило, что мутации сайтов сплайсинга были обычным явлением в группе женщин, у которых был положительный диагноз рака груди и яичников. Согласно результатам исследования, у этих женщин была одна и та же мутация. Замена одной пары оснований в интроне разрушает акцепторный сайт, таким образом активируя скрытый сайт сплайсинга, что приводит к вставке 59 пар оснований и обрыву цепи. Четыре семьи с раком груди и яичников имели мутации обрыва цепи в N-концевой половине белка.[6] Мутация в этом исследовательском примере была локализована внутри сайта сплайсинга.

Слабоумие

Согласно исследованию, проведенному Hutton, M et al., Было обнаружено, что миссенс-мутация, возникающая в 5'-области РНК, связанной с тау-белком, коррелирует с наследственной деменцией (известной как FTDP-17). Все мутации сайтов сплайсинга дестабилизируют потенциальную структуру стебель-петля, которая, скорее всего, участвует в регулировании альтернативного сплайсинга экзона 10 в хромосоме 17. Следовательно, больше используется 5'-сайт сплайсинга и увеличивается доля транскриптов тау, которые включают экзон 10 созданы. Такое резкое увеличение мРНК увеличит долю тау-белка, содержащего четыре повтора, связывающих микротрубочки, что согласуется с невропатологией, описанной в нескольких семьях с FTDP-17, типом наследуемой деменции.[7]

Эпилепсия

Некоторые виды эпилепсия могут быть вызваны из-за мутации сайта сплайсинга. стоп-кодон мутация сайта сплайсинга на 3'-цепи была обнаружена в гене, кодирующем цистатин B при прогрессирующей миоклонической эпилепсии[8] пациенты. Эта комбинация мутаций не была обнаружена у здоровых людей. Сравнивая последовательности с мутацией сайта сплайсинга и без нее, исследователи смогли определить, что нуклеотид G-to-C трансверсия происходит в последней позиции первого интрона. Эта трансверсия происходит в области, кодирующей ген цистатина B. Люди, страдающие прогрессирующей миоклонической эпилепсией, обладают мутированной формой этого гена, что приводит к снижению выработки зрелой мРНК и, соответственно, к снижению экспрессии белка.

Исследование также показало, что один из видов абсансной эпилепсии в детском возрасте (CAE), вызывающий фебрильные судороги может быть связан с мутацией сайта сплайсинга в шестом интроне Ген GABRG2. Было обнаружено, что эта мутация сайта сплайсинга вызывает нефункциональную субъединицу GABRG2 у пораженных людей.[9] Согласно этому исследованию, точечная мутация был виновником мутации донорного сайта сплайсинга, которая произошла в интроне 6. Вырабатывается нефункциональный белковый продукт, что приводит к также нефункциональной субъединице.

Гематологические заболевания

Несколько генетические заболевания может быть результатом мутаций сайта сплайсинга. Например, мутации, вызывающие неправильное сращивание β-глобин мРНК ответственны за некоторые случаи β-талассемия. Другой пример: TTP (тромботическая тромбоцитопеническая пурпура). ВДП вызвана дефицитом АДАМЦ-13. Следовательно, мутация сайта сплайсинга гена ADAMTS-13 может вызывать ТТР. Подсчитано, что 15% всех точечных мутаций, вызывающих генетические заболевания человека, происходят в месте сплайсинга.[10]

Паращитовидная недостаточность

Когда мутация сайта сплайсинга происходит в интроне 2 гена, который производит паратироидный гормон может преобладать дефицит паращитовидных желез. В одном конкретном исследовании замена G на C в сайте сплайсинга интрона 2 вызывает эффект пропуска транскрипта информационной РНК. Пропущенный экзон обладает стартовым кодоном инициации выработки паратироидного гормона.[11] Такая неудача в инициации вызывает недостаток.

Анализ

Использование модельного организма Drosophila melanogaster собраны данные о геномной информации и секвенировании этого организма. Существует модель прогнозирования, в которой исследователь может загрузить свою геномную информацию и использовать базу данных прогнозирования сайтов сплайсинга для сбора информации о том, где могут быть расположены сайты сплайсинга. Проект дрозофилы Беркли могут быть использованы для включения этого исследования, а также для аннотирования высококачественных эухроматических данных. Предсказатель места склейки может стать отличным инструментом для исследователей, изучающих болезни человека в этой области. модельный организм.

Мутации сайта сплайсинга можно проанализировать с помощью теория информации.[12]

Рекомендации

  1. ^ а б Бергет, Сьюзен (1995). «Распознавание экзонов при сплайсинге позвоночных». Журнал биологической химии. 270 (6): 2411–2414. Дои:10.1074 / jbc.270.6.2411.
  2. ^ Понимание геномики рака: мутации сайтов сплайсинга. Национальный институт рака.
  3. ^ Понимание геномики рака. Национальный институт рака.
  4. ^ «Физиология и медицина 1993 - пресс-релиз». www.nobelprize.org. Получено 2017-10-07.
  5. ^ "Искатель сращивания людей".
  6. ^ Фридман, Лори (1994). «Подтверждение BRCA1 анализом мутаций зародышевой линии, связанных с раком груди и яичников в десяти семьях». Природа Генетика. 8 (4): 399–404. Дои:10.1038 / ng1294-399. PMID  7894493.
  7. ^ Хаттон, Майк; Лендон, Коринн; Риццу, Патриция; Бейкер, Мэтт (18 июня 1998 г.). «Ассоциация миссенс и 5'-сплайс-сайтов мутаций в тау с наследственной деменцией FTDP-17». Природа. 393 (6686): 702–705. Дои:10.1038/31508. PMID  9641683.
  8. ^ Pennacchio, Лен А .; Лехесйоки, Анна-Элина; Стоун, Нэнси Э .; Уилур, Вирджиния Л. (22 марта 1996 г.). «Мутации в гене, кодирующем цистатин B при прогрессирующей миоклонической эпилепсии (EPM1)». Наука. 271 (5256): 1731–1734. Дои:10.1126 / science.271.5256.1731. JSTOR  2890839. PMID  8596935.
  9. ^ Кананура, Колетт; Хауг, Карстен; Сандер, Томас; Рунге, Уве; Гу, Венли; Хальманн, Керстин; Ребшток, Йоханнес; Heils, Армин; Стейнлейн, Ортруд (июль 2002 г.). «Мутация в месте сплайсинга в GABRG2, связанная с детской эпилепсией и фебрильными конвульсиями». Arch Neurol. 59 (7): 1137–1141. Дои:10.1001 / archneur.59.7.1137. PMID  12117362.
  10. ^ Карвалью, Гиза А; Вайс, Рой Э; Рефетов, Сэмюэл (22 июня 1998 г.). «Полный дефицит тироксин-связывающего глобулина (TBG), вызванный мутацией в сайте сращивания акцептора, вызывающей сдвиг кадра и раннее прекращение трансляции (TBG-Kankakee)». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма. 83 (10): 3604–3608. Дои:10.1210 / jcem.83.10.5208. PMID  9768672.
  11. ^ Паркинсон, Дэвид Б.; Таккер, Раджеш В. (1992). «Мутация донорского сайта сплайсинга в гене паратироидного гормона связана с аутосомно-рецессивным гипопаратиреозом». Природа Генетика. 1 (2): 149–152. Дои:10.1038 / ng0592-149. PMID  1302009.
  12. ^ Роган, ПК; Faux, BM; Шнайдер, Т.Д. (1998). «Информационный анализ мутаций сайта сплайсинга человека». Гм. Мутат. 12 (3): 153–71. Дои:10.1002 / (SICI) 1098-1004 (1998) 12: 3 <153 :: AID-HUMU3> 3.0.CO; 2-I. PMID  9711873.