Мутация сайта сплайсинга

Мутация в месте, где происходит сплайсинг интрона

Мутация сайта сплайсинга — это генетическая мутация , которая вставляет , удаляет или изменяет ряд нуклеотидов в определенном сайте, на котором происходит сплайсинг во время обработки предшественника матричной РНК в зрелую матричную РНК . Консенсусные последовательности сайта сплайсинга, которые управляют распознаванием экзонов , расположены на самых концах интронов . ^[1] Удаление сайта сплайсинга приводит к тому, что один или несколько интронов остаются в зрелой мРНК , и может привести к образованию аномальных белков . Когда происходит мутация сайта сплайсинга, транскрипт мРНК обладает информацией из этих интронов, которая обычно не должна включаться. Предполагается, что интроны удаляются, в то время как экзоны экспрессируются.

Мутация должна произойти в определенном месте, в котором происходит сплайсинг интрона: в некодирующих участках гена, непосредственно рядом с местоположением экзона. Мутация может быть вставкой, делецией, сдвигом рамки и т. д. Сам процесс сплайсинга контролируется заданными последовательностями, известными как последовательности донора сплайсинга и акцептора сплайсинга, которые окружают каждый экзон. Мутации в этих последовательностях могут привести к удержанию больших сегментов интронной ДНК мРНК или к сплайсингу целых экзонов из мРНК. Эти изменения могут привести к образованию нефункционального белка. ^[2] Интрон отделен от своего экзона с помощью участка сплайсинга. Акцепторный участок и донорный участок, относящиеся к участкам сплайсинга, сигнализируют сплайсосоме , где должен быть сделан фактический разрез. Эти донорные участки или участки распознавания необходимы для обработки мРНК. Средний ген позвоночных состоит из нескольких небольших экзонов (средний размер 137 нуклеотидов), разделенных интронами, которые значительно больше. ^[1]

Визуальное представление примера мутации сайта сплайсинга ^[3]

Фон

В 1993 году Ричард Дж. Робертс и Филипп Аллен Шарп получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие « расщепленных генов ». ^[4] Используя модель аденовируса в своих исследованиях, они смогли обнаружить сплайсинг — тот факт, что пре-мРНК преобразуется в мРНК после удаления интронов из сегмента РНК. Эти двое ученых открыли существование сайтов сплайсинга, тем самым изменив облик геномных исследований. Они также обнаружили, что сплайсинг информационной РНК может происходить разными способами, открывая возможность для возникновения мутации.

Технологии

Сегодня существует множество различных типов технологий, в которых можно обнаружить и проанализировать сайты сплайсинга для получения дополнительной информации. Human Splicing Finder — это онлайн-база данных, созданная на основе данных проекта Human Genome Project . Геномная база данных идентифицирует тысячи мутаций, связанных с медициной и здравоохранением, а также предоставляет важную исследовательскую информацию относительно мутаций сайтов сплайсинга. Инструмент специально ищет ошибки сплайсинга пре-мРНК, вычисляет потенциальные сайты сплайсинга с использованием сложных алгоритмов и корреляцию с несколькими другими онлайн-геномными базами данных, такими как браузер генома Ensembl. ^[5]

Роль в заболевании

Из-за чувствительного расположения сайтов сплайсинга мутации в акцепторных или донорных областях сайтов сплайсинга могут стать пагубными для человека. Фактически, многие различные типы заболеваний возникают из-за аномалий в сайтах сплайсинга.

Рак

Исследование, изучающее роль мутаций сайта сплайсинга при раке, подтвердило, что мутация сайта сплайсинга была распространена среди женщин, которые были позитивны по раку груди и яичников. Согласно результатам, у этих женщин была та же мутация. Интронная замена одной пары оснований разрушает акцепторный сайт, тем самым активируя криптический сайт сплайсинга, что приводит к вставке 59 пар оснований и обрыву цепи. Четыре семьи с раком груди и яичников имели мутации терминации цепи в N-концевой половине белка. ^[6] Мутация в этом примере исследования была расположена в сайте сплайсинга.

Мутации в сайтах сплайсинга периодически обнаруживаются в ключевых генах лимфомы ^[7], таких как BCL7A ^[8] или CD79B ^[7], из-за аберрантной соматической гипермутации, поскольку последовательность, на которую направлена ​​AID, перекрывается с последовательностями сайтов сплайсинга. ^[9]

Деменция

Согласно исследованию, проведенному Хаттоном, М. и др., миссенс-мутация, происходящая в 5'-области РНК, связанной с белком тау, как было обнаружено, коррелирует с наследственной деменцией (известной как FTDP-17). Все мутации сайта сплайсинга дестабилизируют потенциальную структуру стебля-петли, которая, скорее всего, участвует в регуляции альтернативного сплайсинга экзона 10 в хромосоме 17. Следовательно, большее использование происходит на 5'-сайте сплайсинга и создается увеличенная доля транскриптов тау, которые включают экзон 10. Такое резкое увеличение мРНК увеличит долю тау, содержащего четыре повтора, связывающих микротрубочки, что согласуется с нейропатологией, описанной в нескольких семьях с FTDP-17, типом наследственной деменции. ^[10]

Эпилепсия

Некоторые типы эпилепсии могут быть вызваны мутацией сайта сплайсинга. В дополнение к мутации в стоп-кодоне , мутация сайта сплайсинга на 3'-цепи была обнаружена в гене, кодирующем цистатин B у пациентов с прогрессирующей миоклонус-эпилепсией ^[11] . Эта комбинация мутаций не была обнаружена у здоровых людей. Сравнивая последовательности с мутацией сайта сплайсинга и без нее, исследователи смогли определить, что трансверсия нуклеотидов G-to-C происходит в последней позиции первого интрона. Эта трансверсия происходит в области, кодирующей ген цистатина B. Люди, страдающие прогрессирующей миоклонус-эпилепсией, обладают мутировавшей формой этого гена, что приводит к снижению выработки зрелой мРНК и, следовательно, снижению экспрессии белка.

Исследование также показало, что тип детской абсансной эпилепсии (CAE), вызывающий фебрильные судороги , может быть связан с мутацией сайта сплайсинга в шестом интроне гена GABRG2. Было обнаружено, что эта мутация сайта сплайсинга вызывает нефункциональную субъединицу GABRG2 у затронутых лиц. ^[12] Согласно этому исследованию, точечная мутация была виновником мутации сайта донора сплайсинга, которая произошла в интроне 6. Производится нефункциональный белковый продукт, что приводит к также нефункциональной субъединице.

Гематологические расстройства

Несколько генетических заболеваний могут быть результатом мутаций сайта сплайсинга. Например, мутации, которые вызывают неправильный сплайсинг мРНК β-глобина , ответственны за некоторые случаи β-талассемии . Другим примером является ТТП (тромботическая тромбоцитопеническая пурпура). ТТП вызвана дефицитом ADAMTS-13 . Мутация сайта сплайсинга гена ADAMTS-13 может, таким образом, вызывать ТТП. По оценкам, 15% всех точечных мутаций, вызывающих генетические заболевания человека, происходят в сайте сплайсинга. ^[13]

Дефицит паращитовидных желез

Когда мутация сайта сплайсинга происходит в интроне 2 гена, который производит паратиреоидный гормон , может преобладать дефицит паращитовидной железы. В одном конкретном исследовании замена G на C в сайте сплайсинга интрона 2 производит эффект пропуска в транскрипте матричной РНК. Пропущенный экзон обладает стартовым кодоном инициации для производства паратиреоидного гормона. ^[14] Такая неудача в инициации вызывает дефицит.

Анализ

Используя модельный организм Drosophila melanogaster , были собраны данные относительно геномной информации и секвенирования 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 Berkeley Drosophila может быть использован для включения этого исследования, а также для аннотирования высококачественных эухроматических данных. Предсказатель сайта сплайсинга может быть отличным инструментом для исследователей, изучающих человеческие заболевания в этом модельном организме .

Мутации в месте сплайсинга можно проанализировать с помощью теории информации . ^[15]

Ссылки

1. Berget SM (февраль 1995). «Распознавание экзонов при сплайсинге позвоночных». Журнал биологической химии . 270 (6): 2411–2414. doi : 10.1074/jbc.270.6.2411 . PMID  7852296.
2. Понимание геномики рака: мутации сайтов сплайсинга. Национальный институт рака. Архивировано из оригинала 2020-02-03 . Получено 2014-11-16 .
3. Понимание геномики рака. Национальный институт рака.
4. "Физиология или медицина 1993 - Пресс-релиз". www.nobelprize.org . Получено 2017-10-07 .
5. «Искатель человеческого сплайсинга».
6. Friedman LS, Ostermeyer EA, Szabo CI, Dowd P, Lynch ED, Rowell SE и др. (декабрь 1994 г.). «Подтверждение BRCA1 путем анализа мутаций зародышевой линии, связанных с раком груди и яичников в десяти семьях». Nature Genetics . 8 (4): 399–404. doi :10.1038/ng1294-399. PMID  7894493. S2CID  2863113.
7. Андрадес А., Альварес-Перес Х.К., Патиньо-Меркау Дж.Р., Куадрос М., Балиньяс-Гавира С., Медина П.П. (апрель 2022 г.). «Рекуррентные мутации сайта сплайсинга влияют на ключевые гены диффузной крупной В-клеточной лимфомы». Кровь . 139 (15): 2406–2410. дои : 10.1182/blood.2021011708. ПМИД  34986231.
8. Балиньяс-Гавира С., Родригес М.И., Андрадес А., Куадрос М., Альварес-Перес Х.К., Альварес-Прадо А.Ф. и др. (октябрь 2020 г.). «Частые мутации в аминоконцевом домене BCL7A ухудшают его роль супрессора опухолей при DLBCL». Лейкемия . 34 (10): 2722–2735. дои : 10.1038/s41375-020-0919-5. PMID  32576963. S2CID  219989509.
9. Benitez-Cantos MS, Cano C, Cuadros M, Medina PP (февраль 2024 г.). «Цитидиндезаминаза, вызванная активацией, вызывает рецидивирующие мутации сплайсинга при диффузной В-крупноклеточной лимфоме». Molecular Cancer . 23 (1): 42. doi : 10.1186/s12943-024-01960-w . PMC 10893679 . PMID  38402205. 
10. Hutton M, Lendon CL, Rizzu P, Baker M, Froelich S, Houlden H и др. (июнь 1998 г.). «Связь миссенс-мутаций и мутаций 5'-сайта сплайсинга в тау с наследственной деменцией FTDP-17». Nature . 393 (6686): 702–705. Bibcode :1998Natur.393..702H. doi :10.1038/31508. PMID  9641683. S2CID  205001265.
11. Pennacchio LA , Lehesjoki AE, Stone NE, Willour VL, Virtaneva K, Miao J и др. (март 1996 г.). «Мутации в гене, кодирующем цистатин B при прогрессирующей миоклонус-эпилепсии (EPM1)». Science . 271 (5256): 1731–1734. Bibcode :1996Sci...271.1731P. doi :10.1126/science.271.5256.1731. JSTOR  2890839. PMID  8596935. S2CID  84361089.
12. Kananura C, Haug K, Sander T, Runge U, Gu W, Hallmann K и др. (июль 2002 г.). «Мутация сплайс-сайта в GABRG2, связанная с детской абсансной эпилепсией и фебрильными судорогами». Архивы неврологии . 59 (7): 1137–1141. doi :10.1001/archneur.59.7.1137. PMID  12117362.
13. Carvalho GA, Weiss RE, Refetoff S (октябрь 1998 г.). «Полный дефицит тироксин-связывающего глобулина (TBG), вызванный мутацией в акцепторном сайте сплайсинга, вызывающей сдвиг рамки считывания и раннее прекращение трансляции (TBG-Kankakee)». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 83 (10): 3604–3608. doi : 10.1210/jcem.83.10.5208 . PMID  9768672.
14. Parkinson DB, Thakker RV (май 1992). «Мутация донорского участка сплайсинга в гене паратиреоидного гормона связана с аутосомно-рецессивным гипопаратиреозом». Nature Genetics . 1 (2): 149–152. doi :10.1038/ng0592-149. PMID  1302009. S2CID  24032313.
15. Rogan PK, Faux BM, Schneider TD (1998). «Информационный анализ мутаций сайтов сплайсинга у человека». Human Mutation . 12 (3): 153–171. doi : 10.1002/(SICI)1098-1004(1998)12:3<153::AID-HUMU3>3.0.CO;2-I . PMID  9711873.