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“静寂SNP”

被忽识的多态性分子标志

【Summary】 单核苷酸多态性(SNP)是基因组中最常见的遗传变异。其中同义SNP改变密码子组成但不改变所编码的氨基酸,被称为“静寂SNP”,在关联性研究中往往被忽视。最近发现同义SNP与牛皮癣、阿滋海默综合征、精神分裂症等疾病相关。通过影响 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 效率、mRNA稳定性和拼接控制等影响翻译速度和表达水平。对MDR1基因同义SNP的最新研究,又提出了参与蛋白折叠动力学控制,引起蛋白局部精细结构改变,影响结合特异性和亲和力的新机制。提示应重视同义SNP,有助于发现新的遗传分子标志和探讨疾病发生机理。
【Keys】 单核苷酸多态性;同义SNP;单倍体型;蛋白折叠
人类的疾病易感性、药物疗效及毒副反应,普遍存在个体及种群间的差异。越来越多的证据表明,遗传变异是决定这些差异的主要因素。随着人类基因组 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的完成,人类变异基因组计划(HVP)、全基因组关联性研究(Whole genome association study, WGAS)的开展,发现人类基因组变异远远超出早期估计的水平[1]。其中单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性,即指基因组内特定核苷酸位置上存在两种以上不同的碱基,其中最少一种在群体中的频率不<1%。它是人类可遗传的变异中最常见的一种,占所有已知多态性的90%以上。在人类基因组中发生频率约为1/100~1/1000推测SNP的数量达到300万~3000万[3]。具有数量多,分布广泛;适于快速、规模化筛查;突变率低,稳定性好等优点。被称为继限制性酶切片段长度多态性和微卫星重复序列之后的“第三代遗传分子标志”。SNP是疾病易感性、药物反应等个体间差异的主要决定因素[2],被广泛应用于疾病风险预测、个体化用药指导等领域,也是肿瘤基因组学、药物基因组学及营养基因组学等研究的重要工具。依照其在基因组中的位置分为: 基因编码区SNPs(coding-region SNPs,cSNPs)、基因周边SNPs(perigenic SNPs,pSNPs)和基因间SNPs(intergenic SNPs, iSNPs)。 cSNPs比较少,变异率仅为周围序列的1/5[3,4],但由于它与蛋白结构和功能直接相关,长期以来受到更多关注。 cSNP又可分为同义cSNPs (synonymous cSNP) 和非同义cSNPs (non- synonymous cSNPs)。非同义cSNPs (non- synonymous cSNPs)密码子变异可导致所编码氨基酸的改变。同义SNPs改变密码子但不改变所翻译蛋白质的氨基酸序列,一般认为它不影响蛋白质结构和功能,因而被称为“静寂SNP (silence SNP)”,在疾病机理研究和遗传分子标志筛选中往往被忽略。
然而,同义SNP真的是“沉默无声”的吗?是否仅仅是进化过程中,对环境压力的适应和自然选择而形成的“密码子使用偏好”在基因组中的遗迹?情况并非如此,研究发现某些同义SNP与疾病风险相关,有些则影响药物作用的特异性。例如角化粒(corneodesmosin)基因的同义SNP与牛皮癣发病相关[5],ApoE基因和低密度脂蛋白受体相关蛋白6(Low-density lipoprotein receptor-related protein 6)基因同义SNP增加携带者阿滋海默综合征发病风险相关[6~8]。
以往研究显现,同义SNP或同义突变虽不改变编码蛋白的氨基酸序列,但可能影响蛋白的表达水平,主要通过三种机理。
1 影响翻译效率
密码子与其对应的tRNA决定翻译速度,如果密码子对应的tRNA的频度高,则翻译速率高。在自然选择的过程中,生物体中高表达蛋白一般选择使用频度最高的tRNA及其对应密码子,如变异产生罕见密码子则翻译效率降低[9]。同义密码子的选择和tRNA的频度偏向性存在同步进化机制,即存在同义SNP与tRNA频度的正反馈,使得二者相协调[10,11]。此种机制目前尚存在争议,也有一些研究报道密码子与翻译效率没有明显关联[12,13]。
2 影响mRNA稳定性
由于同义SNP改变mRNA的核苷酸组成,影响mRNA的二级结构,进而影响其稳定性。当mRNA中G/C含量增加,尤其是密码子的第三位碱基由A/U被G/C所替代时,减少酶对富含AU基序的识别,降低酶降解机会,将增加mRNA的稳定性[14,15]。例如DRD2基因同义SNP(C957T)改变mRNA稳定性,增加精神分裂症及酒精成瘾症的发病风险[16]。角化粒基因同义改变mRNA与DNA结合蛋白的亲和力而影响其稳定性,增加牛皮癣发病风险[5]。
3 影响拼接控制
同义SNP可产生隐含的拼接位点[17]或影响拼接控制元件,如外显子拼接增强子(exonic splicing enhancers, ESEs)、外显子拼接寂静子(exonic splicing silencers, ESSs)[18,19],从而导致转录子的异常拼接。异常拼接还可能影响非同义SNP及氨基酸的使用[20,21]。这是目前受到广泛接受的机制,有许多同义SNP通过此机制影响疾病发生的报道。例如APC基因(R623R, H652H, R653R)与家族性腺瘤样息肉[22,23]、ATM基因(S706S, S1135S)与运动失调性毛细血管扩张症[22]、CYP27A1基因(G112G)与脑腱黄瘤病[22]、PAH基因(V399V)与苯丙酮尿症[22]、TGFBR2基因(Q508Q)与马凡氏综合征等[24]。

值得一提的是最近Sauna等对多耐药基因(multidrug resistance 1, MDR1)的研究。MDR1编码P糖蛋白(P-gp)参与多种药物的吸收、分布、代谢、排泄及毒性反应(ADEMT)[25]。1236C>T/2677G>T/3435C>T是中国、印度及日本等人群中最常见的单倍体型,分布频率可达31%~49%[26],其中1236C>T, 3435C>T为同义SNP和2677G>T为非同义SNP。此单倍体型携带者对环孢素A及维拉帕米的逆向转运能力降低[27]。依照生化经典理论,“蛋白质一级结构决定空间结构, 氨基酸序列相同,一般不改变蛋白质空间结构和功能。” 最初推测P-gp的功能改变由其非同义SNP(2677G>T)所决定。Kimchi-Sarfaty等采用瞬时表达系统表达了多种MDR1变异体,用流式细胞仪 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 不同变异体蛋白对荧光标记底物的转运能力。结果发现单独非同义SNP并不改其转运能力。而且此单倍体型变异基因可转录完整的全长mRNA,蛋白表达水平及定位无变化,氨基酸测序完全正确。排除了因使用罕见密码子导致蛋白翻译速度、mRNA稳定性及拼接异常等可能机制。那么是否蛋白质的结构发生了改变?随后,采用结构特异性抗P-gp抗体(UIC2),发现单倍型和野生型P-gp存在抗体反应性的差异,证实存在细微的空间结构改变。这无疑对“同义SNP不影响蛋白结构和功能”的传统观念提出了挑战。
蛋白质在翻译过程中同步进行肽链折叠,肽链内已折叠和非折叠区相互接触和相互作用,随时影响瞬时及最终的蛋白质结构[28]。蛋白质折叠除受到热效学控制(thermodynamic control),即传统的氨基酸组成决定相互间的能量关系,决定蛋白质折叠取向和决定空间结构。还存在动力学控制(kinetic control)机制,恰当的翻译速度和翻译停顿可能是保证正确折叠的必要条件[29]。同义SNP改变密码子选择和使用,可能影响蛋白折叠的动力学控制, 1236C>T/2677G>T/3435C>T单倍体型可能正是由于密码子的替换,改变了翻译速度或节奏,引起P-gp蛋白局部结构的细微改变,改变对底物或调节分子的亲和力。
同义SNP对蛋白结构的影响尽管看似微弱,但对其功能及相关临床表型可能产生不可忽视的作用。尤其是多基因复杂性疾病,每个相关基因在发病所起作用都较微弱。疾病是多种变异效果的相互叠加和协同效应的结果。同义SNP的研究不仅从理论上对蛋白质空间结构的决定条件提出了新的观点,同时使我们重新审视以往在基因多态性筛查、分子标志鉴定中所忽略的同义SNP,它占编码区SNP的一半数量,极可能是被长期漠视的一个宝藏。对其进行认真研究和开发,有助于了解疾病发生机制和病因,并发现新的分子标志,应用于疾病风险预防及个体化用药指导等领域。
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25 Penzott