Мутация сайта сплайсинга — это генетическая мутация , которая вставляет , удаляет или изменяет ряд нуклеотидов в определенном сайте, в котором происходит сплайсинг , во время процессинга информационной РНК-предшественницы в зрелую информационную РНК . Консенсусные последовательности сайта сплайсинга, которые управляют распознаванием экзонов , расположены на самых концах интронов . [1] Удаление сайта сплайсинга приводит к тому, что в зрелой мРНК остается один или несколько интронов , что может привести к образованию аномальных белков . Когда происходит мутация сайта сплайсинга, транскрипт мРНК содержит информацию от этих интронов, которая обычно не должна включаться. Предполагается, что интроны удаляются, а экзоны экспрессируются.
Мутация должна произойти в определенном сайте, в котором происходит сплайсинг интрона: в некодирующих сайтах гена, непосредственно рядом с расположением экзона. Мутация может представлять собой вставку, делецию, сдвиг рамки и т. д. Сам процесс сплайсинга контролируется заданными последовательностями, известными как последовательности сплайсинг-донор и сплайс-акцептор, 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 образованию нефункционального белка. [2] Интрон отделяется от экзона посредством сайта сплайсинга. Акцепторный сайт и донорский сайт, относящиеся к сайтам сплайсинга, сигнализируют сплайсосоме , где следует произвести фактический разрез. Эти донорские сайты или сайты узнавания необходимы для процессинга мРНК. Средний ген позвоночных состоит из множества небольших экзонов (средний размер — 137 нуклеотидов), разделенных интронами значительно большего размера. [1]
В 1993 году Ричард Дж. Робертс и Филип 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 два учёных 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.
Сегодня существует множество различных типов технологий, с помощью которых можно найти и проанализировать места сращивания для получения дополнительной информации. Human Splicing Finder — это онлайн-база данных , созданная на основе данных проекта «Геном человека» . База данных генома идентифицирует тысячи мутаций, связанных с медициной и здравоохранением, а также предоставляет важную исследовательскую информацию о мутациях сайта сплайсинга. Инструмент специально ищет ошибки сплайсинга пре-мРНК, рассчитывает потенциальные сайты сплайсинга с использованием сложных алгоритмов и корреляцию с несколькими другими онлайн-базами геномных данных, такими как браузер генома Ensembl. [5]
Из-за чувствительного расположения сайтов сплайсинга мутации в акцепторных или донорских областях сайтов сплайсинга могут оказаться вредными для человека. Фактически, многие различные типы заболеваний возникают из-за аномалий в местах сращивания.
Исследование, изучающее роль мутаций сайта сплайсинга в развитии рака, подтвердило, что мутация сайта сплайсинга была распространена у женщин с положительным диагнозом рака молочной железы и яичников. Согласно полученным данным, у этих женщин была одна и та же мутация. Замена одной пары оснований в интроне разрушает акцепторный сайт, тем самым активируя загадочный сайт сплайсинга, что приводит к вставке 59 пар оснований и обрыву цепи. В четырех семьях, больных раком молочной железы и раком яичников, были обнаружены мутации обрыва цепи в N-концевой половине белка. [6] Мутация в этом примере исследования была расположена внутри сайта сплайсинга.
Мутации сайта сплайсинга периодически обнаруживаются в ключевых генах лимфомы [7], таких как BCL7A [8] или CD79B [7], из-за аберрантной соматической гипермутации, поскольку последовательность, на которую нацелен AID, перекрывается с последовательностями сайтов сплайсинга. [9]
Согласно исследованию, проведенному Хаттоном, М. и др., было обнаружено, что миссенс-мутация, возникающая в 5'-области РНК, связанной с тау-белком, коррелирует с наследственной деменцией (известной как FTDP-17). Все мутации сайта сплайсинга дестабилизируют потенциальную структуру «стебель-петля», которая, скорее всего, участвует в регуляции альтернативного сплайсинга экзона 10 в хромосоме 17. Следовательно, происходит большее использование 5'-сайта сплайсинга и увеличение доли тау-транскриптов, включающих экзон. создано 10. Такое резкое увеличение мРНК приведет к увеличению доли тау, содержащего четыре повтора, связывающих микротрубочки, что согласуется с невропатологией, описанной в нескольких семьях с FTDP-17, типом наследственной деменции. [10]
Некоторые типы эпилепсии могут возникнуть из-за мутации сайта сплайсинга. Помимо мутации стоп -кодона , мутация сайта сплайсинга на 3'-цепи была обнаружена в гене, кодирующем цистатин B, у пациентов с прогрессирующей миоклонусной 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, которая кодирует ген цистатина B. Лица, страдающие прогрессирующей миоклонусной эпилепсией, обладают мутированной формой этого гена, что приводит к снижению выработки зрелой мРНК и, как следствие, к 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 пораженных людей. [12] Согласно этому исследованию, точечная мутация была виновником мутации донорного сайта сплайсинга, которая произошла в интроне 6. Производится нефункциональный белковый продукт, что приводит к образованию также нефункциональной субъединицы.
Некоторые генетические заболевания могут быть результатом мутаций сайта сплайсинга. Например, мутации, вызывающие неправильный сплайсинг мРНК β-глобина, ответственны за некоторые случаи β-талассемии . Другим примером является ТТП (тромботическая тромбоцитопеническая пурпура). ТТП вызван дефицитом ADAMTS-13 . Таким образом, мутация сайта сплайсинга гена ADAMTS-13 может вызвать ТТП. Подсчитано, что 15% всех точковых мутаций, вызывающих генетические заболевания человека, происходят внутри сайта сплайсинга. [13]
Когда мутация сайта сплайсинга происходит во втором интроне гена, продуцирующего паратиреоидный гормон , может преобладать дефицит паращитовидной железы. В одном конкретном исследовании замена G на C в сайте сплайсинга интрона 2 вызывает эффект пропуска в транскрипте информационной РНК. Пропущенный экзон содержит стартовый кодон инициации выработки паратгормона. [14] Такая неудача в инициировании вызывает дефицит.
С использованием модельного организма Drosophila melanogaster были 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 Беркли по дрозофиле может быть использован для включения в это исследование, а также для аннотирования высококачественных эухроматических данных. Предиктор сайта сплайсинга может стать отличным инструментом для исследователей, изучающих болезни человека в этом модельном организме .
Мутации сайта сплайсинга можно проанализировать с помощью теории информации . [15]