同義突變的價(jià)值及對(duì)疾病的影響

同義突變對(duì)表型、疾病的影響1、同義突變不會(huì)造成對(duì)應(yīng)氨基酸的改變，但是很多單核苷酸替換會(huì)改變mRNA的剪切效率或準(zhǔn)確性。在大部分的外顯子中存在外顯子剪切增強(qiáng)子（ESE）及沉默子（ESS）元件。大部分的ESE都與剪切位點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，一些使ESE失活的點(diǎn)突變就會(huì)導(dǎo)致部分或完全的外顯子步移，這樣就會(huì)影響表達(dá)蛋白產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，進(jìn)而對(duì)表型產(chǎn)生影響。mRNA剪切識(shí)別過(guò)程？2、SR蛋白主要與mRNA前體中的特異序列結(jié)合，從而幫助其他拼接因子識(shí)別正確的拼接點(diǎn)。在已知的特異序列中，研究的最多也較為透徹的是外顯子增強(qiáng)子序列（ESE）。ESE通常表現(xiàn)為一段嘌吟富集區(qū)，一般位于一個(gè)不易識(shí)別的拼接點(diǎn)的外顯子內(nèi)部。例子：在果蠅的性別決定基因douublesex，外顯子4的3’拼接點(diǎn)不易被識(shí)別，該外顯子中含有一個(gè)ESE，當(dāng)SR蛋白及SR相關(guān)蛋白與該ESE結(jié)合后，通過(guò)RS結(jié)構(gòu)域招募其它拼接因子，使該3’拼接點(diǎn)被識(shí)別，于是外顯子4在拼接時(shí)被保留下來(lái)，果蠅朝雌性發(fā)育，反之則發(fā)育為雄性。3、（1）SR蛋白富含絲氨酸、精氨酸，共有結(jié)構(gòu)域是位于氨基末端的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，位于羧基末端的含不同絲氨酸的RS結(jié)構(gòu)域。（3,5,34參考文獻(xiàn)有詳細(xì)介紹）CnnnectlyspicedinRNACnnnectlyspicedinRNAIncnnrectlyspikedmRNA但席。0skipping)LocMstabilitynearstairtcodonMorestablemRNAcannoteatsilyinitiate(ranslarioHifsuitinginlowerproteinkvds（2）影響micRNA的結(jié)合位點(diǎn):在IRGM基因編碼區(qū)發(fā)現(xiàn)一個(gè)同義突變，這個(gè)突變影響了miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，313的LocMstabilitynearstairtcodonMorestablemRNAcannoteatsilyinitiate(ranslarioHifsuitinginlowerproteinkvds（3）影響RNA的分解。在DRD2基因中，一個(gè)同義突變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較不穩(wěn)點(diǎn)的mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)，增加了mRNA的降解速度，產(chǎn)生蛋白水平降低?；蛟SmRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)有其它方面的影響。4、Nackley研究證實(shí)mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)影響蛋白的表達(dá)，進(jìn)而影響表型。GlobalstsbilhyofmRNALessstablemRNAiseasilydegraded,rgsuldnginlowerprotein同義突變對(duì)RNA的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。（同義突變的位置十分重要）'對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響：當(dāng)同義突變使mRNA的整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的時(shí)候，就會(huì)造成mRNA的,降解，導(dǎo)致產(chǎn)生較少的蛋白。對(duì)起始密碼子附近區(qū)域的影響：當(dāng)同義突變導(dǎo)致mRNA起始密碼子附近的區(qū)域結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的時(shí)候，反而會(huì)造成翻譯起始更加困難，造成蛋白的減少。4、在翻譯過(guò)程中如何優(yōu)化速度和準(zhǔn)確度。開(kāi)始的50-60個(gè)密碼子在翻譯的時(shí)候使用稀少的tRNA，形成一個(gè)緩沖帶，之后就全速進(jìn)行翻譯(比如利用同一個(gè)的tRNA合成肽鏈)。tRNA在肽鏈的延伸過(guò)程中不被代謝，可以循環(huán)使用，當(dāng)有連續(xù)的相關(guān)氨基酸存在時(shí)，優(yōu)先使用相同的密碼子，相同的tRNA，但是當(dāng)這部分產(chǎn)生同義突變后，會(huì)影響多多肽鏈的合成及蛋白的折疊。5、核糖體暫停位點(diǎn)的存在可以減緩翻譯的速度，保證兩個(gè)結(jié)構(gòu)域分別折疊。在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，一些快速折疊的結(jié)構(gòu)比如a螺旋，含有較少的稀有密碼子，一些較慢折疊的元件，比如B折疊，就含有較多的稀少密碼子，同樣在一些復(fù)雜的，大的蛋白中，就含有較多的稀有密碼子，尤其是在不同結(jié)構(gòu)域之間。RibosorrKiLpau&camdlco-tramslationalfolding在上邊例子中A1-蛋白A穩(wěn)定的形式A2-蛋白A不穩(wěn)定的形式B-蛋白B穩(wěn)定的形式當(dāng)B存在的時(shí)候可以穩(wěn)定A2的存在，B合成快當(dāng)存在一個(gè)pausesite的時(shí)候，降低了翻譯速度，允許A、B分別翻譯折疊，此時(shí)形成蛋白石A1B；當(dāng)不存在pausesite的時(shí)候，B翻譯、折疊，此時(shí)A剛剛合成，形式是A2,此時(shí)B可以穩(wěn)定A2，形成蛋白A2B6、基于兩方面的原因我們可以推測(cè)同義突變可能對(duì)表型產(chǎn)生影響在很多生命體中存在密碼子的偏好性，暗示在進(jìn)化中同義突變也是在不斷的進(jìn)行優(yōu)化的；隨著我們對(duì)蛋白合成和折疊認(rèn)識(shí)的不斷加深，我們可以更好地理解密碼子偏好性進(jìn)化的機(jī)制，已有多種證據(jù)證明，同義突變可以導(dǎo)致異常的RNA剪切，造成疾病，另外有證據(jù)表明，同義突變會(huì)影響mRNA的穩(wěn)定性，因?yàn)闀?huì)影響蛋白表達(dá)和酶的活性。7、同義突變的重要性(1)在COMT基因中，研究發(fā)現(xiàn)3個(gè)commonsnp和痛覺(jué)感知相關(guān)，在這三個(gè)snp中僅僅有一個(gè)非同義突變，因此默認(rèn)這個(gè)非同義突變時(shí)致病原因，但是實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明另外兩個(gè)同義突變與痛覺(jué)感知程度不同更加相關(guān)

（2）在一個(gè)病人中發(fā)現(xiàn)一個(gè)同義突變和一個(gè)錯(cuò)義突變。這個(gè)錯(cuò)義突變之前被報(bào)道是致病突變，但是根據(jù)此病人家系分析，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)義突變?cè)?個(gè)沒(méi)有患病的家族成員中都出現(xiàn)了，此突變不致病，但是同時(shí)這個(gè)同義突變僅僅在這個(gè)病人中出現(xiàn)，這個(gè)同義突變是致病突變。（3）507508ATCTTTATC,ATT編碼異亮氨酸；TTT編碼苯丙氨酸當(dāng)ATC的最后一個(gè)C及TTT的前兩個(gè)TT缺失后，就會(huì)造成F508缺失變異，此時(shí)的密碼子為ATT，還是編碼異亮氨酸，但是mRNA的結(jié)構(gòu)和蛋白折疊改變了；當(dāng)把ATT突變回去變?yōu)锳TC時(shí)，此時(shí)僅僅是TTT的缺失，應(yīng)該和F508變異情況相同，但是實(shí)際發(fā)現(xiàn)mRNA的結(jié)構(gòu)正常，蛋白表達(dá)也比F508突變升高了。8、同義突變?cè)谌祟惣膊⊙芯恐械闹匾裕?）Chen開(kāi)展調(diào)查（根據(jù)2113篇關(guān)于疾病和SNP的報(bào)道），研究得出結(jié)論同義突變和非同義突變?cè)谌祟惣膊⊙芯恐型戎匾?）在11.786個(gè)基因中，發(fā)現(xiàn)1.600個(gè)保守的同義突變位點(diǎn)（3）在人類基因中，有5%-10%的基因存在一個(gè)同義突變會(huì)造成非常有害影響的區(qū)域9、引進(jìn)一個(gè)RSCU的概念RSCU=SN/Na其中Nc值得是在人類基因組中，密碼子C出現(xiàn)的頻率；Na指的是密碼子C所編碼的氨基酸出現(xiàn)的頻率；S指的是氨基酸a的同義密碼子的數(shù)量在CodonUsageDatabase數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄了各種密碼子的頻率。（應(yīng)該可以找到每一個(gè)蛋白對(duì)應(yīng)編碼區(qū)的頻率？）血皿salens[nbDrl]:55487CDS*sC40562582cudoiis）fields：[triplEt][frequency：perthousand]（[number]）UUU17.0'(714298)UUC20.3(B24692>UCU15..2(0137!1);UOC17.I(718B32)UCA12.2(49644UAUUACUAA12.2(435099)15.3(622407)1.0.(如W85T0.8(32109)USU10.0(430311)UGC12.6(513028)UUAUUC7.7(31jgSl^12.9(525688)UGAIKG1.6(63237)13.2(535595)UCG4.4(1794L9)cuu13L2(556515)ecu17.5(Tf3233)CAU10.9(4^1711)CGU4.5(154609)cue19.6(796638)COC19.8(80402Of)CAC15.l<613713y-CGC10.4(423516)CUA7/2(290751)CCA16.9(688038^臏12.3(501911^CGA6.2(25D76O)CUG39.euensoi^OCG6.9(281610)CAG34.2(1391973)CGG11.4(46^486)AUU]6.0(65D-d73)ACU13.](533G09)MU17.0(fiflg701)AGU12.1(493429)AUC20.0(646466)AOCIB.9(76SL4T)AAC19.1(776603)AGC19.5(791353)AUA7.5(304565)ACA15.1(614523)AAA24.46-93621)蛆M12^；(494682JAUG22.O.(B96OO5)AOG6.1(246105^.AAG31.9(1295560ASG12.0(456^63).GUU11.0{448607)ecu1B.4CZ60DP6)'湖21.S(836429J：ecu10.8(437126)GUC14.5(533133)GCC27.1(1127619)&AC25.t(102069h)GGC22.2(903565)GUA7.1(2SI712)GCA15.SC64347])&AA29.0(1177632]GGA16.5(669373)GUG2S.1(1L43534)GCG7.4(299495)GAG:39.6(1609975')GGG16.5(669768)CodingGC52.27W1stLetterGC7那2ndletterGC42.5盟3rdLetterGC58.5判RSCU值（后邊減去前邊的）：負(fù)值的時(shí)候，表示同義突變引入了一個(gè)更稀少的密碼子；正值的時(shí)候表示引入一個(gè)更常見(jiàn)的密碼子。同義突變的價(jià)值最早認(rèn)識(shí)到同義突變?cè)?980s，至少在細(xì)菌和酵母中，它們使用同義突變密碼子的概率

不同。比如在細(xì)菌Escberichia中，AAC,AAT編碼同乂氨基酸，但是AAC在DNA中出現(xiàn)頻率更高，因?yàn)檫@樣細(xì)胞合成蛋白的速度和準(zhǔn)確性會(huì)更高。tRNA的豐度在不同細(xì)胞中是不同的，因此對(duì)于一個(gè)基因來(lái)說(shuō)，相對(duì)豐度大的tRNA對(duì)應(yīng)的密碼子將會(huì)更快的翻譯。人類基因組中對(duì)密碼子的選擇有偏愛(ài)性，但絕不是僅僅是因?yàn)橛绊懙鞍缀铣傻脑?。ESE在外顯子的末端，通常是3-8個(gè)堿基GGA、GGG是編碼甘氨酸的同義密碼子，都有可能出現(xiàn)在剪切增強(qiáng)子區(qū)域，但是GGA更有可能出現(xiàn)在增強(qiáng)子區(qū)域，GGA更有可能出現(xiàn)在外顯子臨近區(qū)域。ESE區(qū)域的密碼子進(jìn)化十分緩慢，這種自然選擇的進(jìn)化保持ESE增強(qiáng)子區(qū)域不易改變，因?yàn)樗鼈兪窒喈?dāng)重要。在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，在不同人群中外顯子末端的序列基本相同，這些剪切相關(guān)的ESE元件很少發(fā)生變異，即使是同義突變，并不是因?yàn)檫@些部分不發(fā)生突變，而是因?yàn)檫@些變異對(duì)蛋白產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，它們都被淘汰了。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)在CFTR基因進(jìn)行同義突變類型的點(diǎn)突變的時(shí)候，大約25%的突變或造成剪切的改變，這些改變會(huì)引起相關(guān)疾病。兩個(gè)例子在D2基因中，一個(gè)同義突變導(dǎo)致mRNA降解，導(dǎo)致產(chǎn)生的蛋白偏少，引起疾病在COMT基因中，同義突變?cè)黾恿薽RNA折疊的范圍，導(dǎo)致解旋變難，降低了蛋白合成?？顾幓?，這個(gè)基因在癌細(xì)胞中負(fù)責(zé)將藥物從細(xì)胞中轉(zhuǎn)移出去，當(dāng)有一個(gè)同義突變發(fā)生的時(shí)候，導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊。在這個(gè)整個(gè)過(guò)程中是因?yàn)楫a(chǎn)生了一個(gè)pause點(diǎn)。GC含量高的蛋白折疊、合成更快5%-10%的人類基因中包含至少一個(gè)同義突變對(duì)健康有重要壞處的區(qū)域。在HapMap3project中針對(duì)所有突變點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，歸納各種不同類型的點(diǎn)對(duì)疾病的影響［1］。發(fā)現(xiàn)在不同突變類型中，致病性相關(guān)的點(diǎn)的概率近似相同，說(shuō)明同義突變與非同義突變的點(diǎn)的致病概率幾乎沒(méi)有差別共研究了5272個(gè)致病SNP點(diǎn)，其中僅僅有8.7%的點(diǎn)是nonsense和non-synonumous，假如不關(guān)注其它的點(diǎn)的話，就會(huì)漏掉近90%的致病點(diǎn)。

14.在一個(gè)痛覺(jué)相關(guān)的研究中，COMT基因中一個(gè)錯(cuò)義突變被認(rèn)為是導(dǎo)致APS不同的原因，但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)，在LPS、HPS中都存在這種變異，經(jīng)過(guò)后來(lái)研究證實(shí)，在該基因上的另外一個(gè)同義突變是造成這種不同影響的原因。通過(guò)mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)可以明顯看出影響了構(gòu)型。Lowpain$ensrtiV4tyAwerjgepoinsensftiviftrLowpain$ensrtiV4tyAwerjgepoinsensftiviftr{APS}Sy=nonym&usNQnsynooiyTnDusmutation勵(lì)徂的。南Musiiypkdlse<]uence匚at匚TtATGHighpantS時(shí)nativity[IPS)^yrcfiyrnousNonsynon/mtrusmutationmutailonMORECOMPLEXSTRUCTWftESPRODUCELESSEHZVMEScrentd^tsshowedttiEFttherron：i￥itQT>ymou&nucheoticteandTh-eChen,R.,etal.,Non-synonymousandsynonymouscodingSNPsshowsimilarlikelihoodandeffectsizeofhumandiseaseassociation.PLoSOne,2010.5(10):p.e13574.dj^n^cymousciiFtn-cpe-p