В молекулярной биологии пропуск экзонов — это форма сплайсинга РНК , которая заставляет клетки «пропускать» дефектные или смещенные участки ( экзоны ) генетического кода, что приводит к образованию укороченного, но все еще функционального белка, несмотря на генетическую мутацию.
Пропуск экзонов используется для восстановления рамки считывания в гене. Гены — это генетические инструкции для создания белка, и они состоят из интронов и экзонов . Экзоны — это участки ДНК, которые содержат набор инструкций для создания белка; они перемежаются некодирующими областями, называемыми интронами. Интроны позже удаляются перед созданием белка, оставляя только кодирующие области экзонов.
Сплайсинг естественным образом происходит в пре-мРНК , когда интроны удаляются для формирования зрелой мРНК, которая состоит исключительно из экзонов. Начиная с конца 1990-х годов ученые поняли, что они могут воспользоваться этим естественным клеточным сплайсингом, чтобы преобразовать генетические мутации в менее вредные. [1] [2]
Механизм пропуска экзона — это мутационно-специфический антисмысловой олигонуклеотид (AON). Антисмысловой олигонуклеотид — это синтезированный короткий полимер нуклеиновой кислоты, обычно длиной пятьдесят или менее пар оснований, который связывается с сайтом мутации в пре-мессенджерной РНК, чтобы вызвать пропуск экзона. [3] AON связывается с мутировавшим экзоном, так что когда ген затем транслируется из зрелой мРНК, он «пропускается», тем самым восстанавливая нарушенную рамку считывания. [3] Это позволяет генерировать внутренне удаленный, но в значительной степени функциональный белок.
Некоторые мутации требуют пропуска экзонов в нескольких местах, иногда смежных друг с другом, чтобы восстановить рамку считывания. Пропуск нескольких экзонов был успешно осуществлен с использованием комбинации AON, нацеленных на несколько экзонов. [4]
Пропуск экзона интенсивно исследуется для лечения мышечной дистрофии Дюшенна (МДД), при которой мышечный белок дистрофин преждевременно усекается, что приводит к нефункционирующему белку. Успешное лечение путем пропуска экзона может привести к в основном функциональному белку дистрофина и создать фенотип, похожий на менее тяжелую мышечную дистрофию Беккера (МДБ). [1] [5]
В случае мышечной дистрофии Дюшенна белок, который становится скомпрометированным, — это дистрофин. [5] Белок дистрофина имеет два основных функциональных домена, которые фланкируют центральный стержневой домен, состоящий из повторяющихся и частично необязательных сегментов. [6] Функция дистрофина заключается в поддержании стабильности мышечных волокон во время сокращения путем связывания внеклеточного матрикса с цитоскелетом. Мутации, которые нарушают открытую рамку считывания внутри дистрофина, создают преждевременно укороченные белки, которые не могут выполнять свою работу. Такие мутации приводят к повреждению мышечных волокон, замене мышечной ткани жировой и фиброзной тканью и преждевременной смерти, которая обычно происходит в начале двадцатых годов у пациентов с МДД. [6] Для сравнения, мутации, которые не нарушают открытую рамку считывания, приводят к белку дистрофина, который внутренне удален и короче обычного, но все еще частично функционален. Такие мутации связаны с гораздо более легкой мышечной дистрофией Беккера. Были описаны пациенты с умеренной степенью МДБ, у которых делеции затрагивают более двух третей центрального стержневого домена, что позволяет предположить, что этот домен в значительной степени необязателен.
Дистрофин может сохранять высокую степень функциональности, пока основные терминальные домены не затронуты, а пропуск экзона происходит только в пределах центрального стержневого домена. Учитывая эти параметры, пропуск экзона может быть использован для восстановления открытой рамки считывания путем индукции делеции одного или нескольких экзонов в пределах центрального стержневого домена и, таким образом, преобразования фенотипа DMD в фенотип BMD.
Генетическая мутация, которая приводит к мышечной дистрофии Беккера, представляет собой делецию в рамке считывания . Это означает, что из 79 экзонов, кодирующих дистрофин, один или несколько в середине могут быть удалены, не затрагивая экзоны, которые следуют за делецией. Это позволяет создать более короткий, чем обычно, белок дистрофина, который сохраняет определенную степень функциональности. При мышечной дистрофии Дюшенна генетическая мутация находится вне рамки считывания. Мутации вне рамки считывания вызывают преждевременную остановку генерации белка — рибосома не может «считывать» РНК после точки первоначальной ошибки — что приводит к сильно укороченному и полностью нефункциональному белку дистрофина. [6]
Целью пропуска экзонов является манипулирование схемой сплайсинга таким образом, чтобы мутация вне рамки считывания стала мутацией внутри рамки считывания, тем самым преобразуя тяжелую мутацию DMD в менее опасную мутацию BMD внутри рамки считывания.
Один препарат с пропуском экзонов был одобрен в 2016 году Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США: этеплирсен (ExonDys51), олигоморфолино от Sarepta Therapeutics, нацеленный на экзон 51 человеческого дистрофина. Другой препарат с пропуском экзонов, голодирсен (Vyondys 53) (нацеленный на экзон 53 дистрофина), был одобрен в Соединенных Штатах в декабре 2019 года. [7] Третий антисмысловой олигонуклеотид , вилтоларсен (Viltepso), нацеленный на экзон 53 дистрофина, был одобрен для медицинского применения в Соединенных Штатах в августе 2020 года. [8]
Генетическое тестирование , обычно из образцов крови, может быть использовано для определения точной природы и местоположения мутации DMD в гене дистрофина. Известно, что эти мутации группируются в областях, известных как регионы «горячих точек» — в основном в экзонах 45–53 и в меньшей степени в экзонах 2–20. [4] Поскольку большинство мутаций DMD происходит в этих регионах «горячих точек», лечение, которое заставляет эти экзоны пропускаться, может быть использовано для лечения до 50% пациентов с DMD. [4] [5] [9]
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .