基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)變化與疾病的關(guān)系2010

基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)變化

與疾病的關(guān)系Outline基因突變的概念；基因突變引起疾病的機(jī)理；基因突變的分類(lèi)；基因突變對(duì)RNA剪接的影響；基因突變的命名。基因突變基因組中核酸序列的變化稱(chēng)為基因突變(mutation)。基因突變可以是DNA序列中單個(gè)核苷酸或堿基發(fā)生改變，也可以是一段核酸序列的改變。DNA序列中涉及單個(gè)核苷酸或堿基的變化稱(chēng)為點(diǎn)突變。通常有兩種突變情況：（1）一個(gè)或多個(gè)堿基被另一種堿基所替換（即堿基替換）（2）一個(gè)或多個(gè)堿基的插入或缺失（即插入或缺失）。

基因突變可以發(fā)生在編碼蛋白質(zhì)的編碼區(qū)(codingregion)。也可以出現(xiàn)在非編碼區(qū)，這些區(qū)域包括內(nèi)含子，啟動(dòng)子/增強(qiáng)子以及轉(zhuǎn)錄非編碼RNA的區(qū)域等?；蛲蛔円鸺膊〉臋C(jī)理

失去功能(lossoffunction)：功能降低或消失獲得功能(gainoffunction)：功能增強(qiáng)獲得新特性；異時(shí)或異地基因表達(dá)；顯性負(fù)效應(yīng)(dominantnegativeeffect)

顯性負(fù)效應(yīng)

在某些情況下突變的蛋白質(zhì)不僅自身不能發(fā)揮其正常的生理功能，還影響其正常蛋白質(zhì)而使正常蛋白質(zhì)也不能正常地發(fā)揮功能，這種蛋白質(zhì)相互作用中的干擾現(xiàn)象稱(chēng)為顯性負(fù)性效應(yīng)。突變的分類(lèi)堿基替換插入缺失三聯(lián)體重復(fù)突變同義突變(synonymousmutation)：替換突變前后所編碼的為同一氨基酸，即突變不造成基因產(chǎn)物的改變。無(wú)義突變(nonsensemutation)：由于某個(gè)堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子突變?yōu)榻K止密碼子，從而使肽鏈合成提前終止。錯(cuò)義突變

(missensemutation)：基因中的堿基突變導(dǎo)致翻譯產(chǎn)物中相應(yīng)位置形成錯(cuò)誤的氨基酸，其結(jié)果是一個(gè)不同的氨基酸摻入到多肽鏈的相應(yīng)位置。替換突變產(chǎn)生的后果（編碼區(qū)）插入/缺失突變(insertion/deletion)缺失(deletion)指的是DNA鏈上一個(gè)或一段核苷酸的消失,插入(insertion)指的是原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA分子中間。插入或缺失突變產(chǎn)生的后果（編碼區(qū)）：在為蛋白質(zhì)編碼的序列中如果缺失或插入核苷酸，則可能發(fā)生讀框移動(dòng)，使其后翻譯的氨基酸序列全部混亂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為框移突變(frame-shiftmutation)。三聯(lián)體重復(fù)病(tripletrepeatdiseases)

目前共發(fā)現(xiàn)20多種神經(jīng)/肌肉退行性疾病與一些相關(guān)基因內(nèi)的三聯(lián)體重復(fù)擴(kuò)增有關(guān)，故這類(lèi)疾病又稱(chēng)為三聯(lián)體重復(fù)病。包括Huntington’sdisease(HD)和spinocerebellarataxias等。在一些蛋白質(zhì)編碼區(qū)出現(xiàn)

CAG

重復(fù)序列的擴(kuò)增。由于CAG編碼谷氨酰胺Q(chēng)，又稱(chēng)為多聚Q（PolyQ）疾病。表型具有多樣性，重復(fù)擴(kuò)增一般較小，重復(fù)序列也具有多樣性，位于基因的外顯子上。包括脆性X綜合癥，

myotonicdystrophy,Spinocerebellarataxias,juvenilemyoclonicepilepsy,以及Friedreich‘sataxia。它們往往有比較多的三聯(lián)體重復(fù)擴(kuò)增，并且重復(fù)序列定位于非蛋白質(zhì)編碼區(qū)域。三聯(lián)體重復(fù)病分類(lèi)RNA剪接（RNAsplicing）

轉(zhuǎn)錄(transcription)產(chǎn)生的mRNA前體在RNA剪接體的作用下，去掉內(nèi)含子部分，而將外顯子部分連接起來(lái)的過(guò)程即稱(chēng)為RNA剪接。

RNA剪接的識(shí)別位點(diǎn)及分支點(diǎn)

內(nèi)含子中的3’剪接位點(diǎn)，5’剪接位點(diǎn)以及分支點(diǎn)是RNA剪接所必須。其中5’剪接位點(diǎn)在內(nèi)含子的5’端含有一個(gè)GU序列，而3’剪接位點(diǎn)是在內(nèi)含子的3’端含有一個(gè)AG序列。在位于3’剪接位點(diǎn)AG序列的上游（即5’端）有一段富含嘧啶(C/U)的區(qū)域。在更上游的區(qū)域

即分支點(diǎn)，分支點(diǎn)序列為YNYURAY，其中Y是嘧啶，N是任意堿基，U是尿嘧啶，R是嘌呤，A是分支點(diǎn)。圖示RNA剪接的識(shí)別位點(diǎn)以及分支點(diǎn)Y嘧啶，N任意堿基，U尿嘧啶，R嘌呤RNA剪接過(guò)程

剪接體(splicesome)是一個(gè)由5個(gè)ribonucleoproteins(snRNP)組成的RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。其中RNA組分與內(nèi)含子相互作用，而且可能介導(dǎo)催化功能。經(jīng)典的剪接體包括U1,U2,U4,U5和U6snRNPs，外加一些輔助蛋白質(zhì)如U2AF和SF1，具體的剪接步驟如下：E-復(fù)合物：U1復(fù)合物和輔助因子ASF/SF2,U2AF以及SF1/BBP結(jié)合5’剪接位點(diǎn)，A-復(fù)合物：U2復(fù)合物結(jié)合到分支位點(diǎn)，分解ATP；B1-復(fù)合物：U5/U4/U6形成三元復(fù)合物，U5結(jié)合到外顯子的5’端，U6與U2結(jié)合；B2-復(fù)合物：U1釋放出來(lái)，U5從外顯子遷移到內(nèi)含子，U6結(jié)合到5’剪接位點(diǎn)；C1復(fù)合物：U4釋放出來(lái)，U6/U2催化，使內(nèi)含子的5’末端連接到內(nèi)含子的分支點(diǎn)A，U5結(jié)合到外顯子的3’剪接位點(diǎn)。5’剪接位點(diǎn)被切斷；C2復(fù)合物：3’剪接位點(diǎn)被剪切，ATP水解提供能量供外顯子連接。剪接的RNA釋放出來(lái)。

選擇性剪接(alternativesplicing)同一個(gè)mRNA前體可以通過(guò)不同的剪接方式產(chǎn)生不同的成熟mRNA，從而編碼不同的蛋白質(zhì)序列。產(chǎn)生選擇性剪接的具體方式有：外顯子跳躍、內(nèi)部剪接位點(diǎn)、外顯子互斥、內(nèi)含子不剪切等。選擇性剪接可以是一種自然存在的現(xiàn)象。

選擇性剪接的主要形式

外顯子跳躍：是指在不同的剪接方式中，某一個(gè)外顯子（或幾個(gè)外顯子）可以在成熟的mRNA中保留，也可以通過(guò)剪接過(guò)程被去除。所以至少有兩種剪接方式，一是外顯子全部保留，二是刪除一個(gè)（或幾個(gè)）外顯子。內(nèi)部剪接位點(diǎn)：是通過(guò)對(duì)外顯子或內(nèi)含子內(nèi)部5’或者3’剪接位點(diǎn)的選擇，保留全部外顯子或剪接掉某一外顯子的部分序列；或去掉全部?jī)?nèi)含子或保留某一內(nèi)含子的一部分序列。外顯子互斥：一對(duì)外顯子中，在一種剪接方式中可在成熟的mRNA中保留一個(gè)