同义突变的价值及对疾病的影响.docx

同义突变对表型、疾病的影响1、 同义突变不会造成对应氨基酸的改变，但是很多单核苷酸替换会改变mrna的剪切效率或准确性。在大部分的外显子中存在外显子剪切增强子（ese）及沉默子（ess）元件。大部分的ese都与剪切位点距离较远，一些使ese失活的点突变就会导致部分或完全的外显子步移，这样就会影响表达蛋白产物的结构和数量，进而对表型产生影响。mrna剪切识别过程？2、 sr蛋白主要与mrna前体中的特异序列结合，从而帮助其他拼接因子识别正确的拼接点。在已知的特异序列中，研究的最多也较为透彻的是外显子增强子序列（ese）。ese通常表现为一段嘌呤富集区，一般位于一个不易识别的拼接点的外显子内部。例子：在果蝇的性别决定基因douublesex，外显子4的3拼接点不易被识别，该外显子中含有一个ese，当sr蛋白及sr相关蛋白与该ese结合后，通过rs结构域招募其它拼接因子，使该3拼接点被识别，于是外显子4在拼接时被保留下来，果蝇朝雌性发育，反之则发育为雄性。3、 （1）sr蛋白富含丝氨酸、精氨酸，共有结构域是位于氨基末端的rna结合结构域，位于羧基末端的含不同丝氨酸的rs结构域。（3,5,34参考文献有详细介绍）（2）影响micrna的结合位点:在irgm基因编码区发现一个同义突变，这个突变影响了mirna的结合位点，313的c-t会导致mir196的结合的减少。这个基因与克罗恩病相关，该基因的313同义突变会导致mirna结合的减少，irgm蛋白就会持续飙到，会增加患病的风险。（3）影响rna的分解。在drd2基因中，一个同义突变会产生一个较不稳点的mrna二级结构，增加了mrna的降解速度，产生蛋白水平降低。或许mrna二级结构会有其它方面的影响。4、nackley研究证实mrna的二级结构影响蛋白的表达，进而影响表型。同义突变对rna的结构产生影响。（同义突变的位置十分重要） 对整体结构的影响：当同义突变使mrna的整体结构不稳定的时候，就会造成mrna的 降解，导致产生较少的蛋白。 对起始密码子附近区域的影响：当同义突变导致mrna起始密码子附近的区域结构更加稳定的时候，反而会造成翻译起始更加困难，造成蛋白的减少。4、 在翻译过程中如何优化速度和准确度。开始的50-60个密码子在翻译的时候使用稀少的trna，形成一个缓冲带，之后就全速进行翻译（比如利用同一个的trna合成肽链）。trna在肽链的延伸过程中不被代谢，可以循环使用，当有连续的相关氨基酸存在时，优先使用相同的密码子，相同的trna，但是当这部分产生同义突变后，会影响多多肽链的合成及蛋白的折叠。5、核糖体暂停位点的存在可以减缓翻译的速度，保证两个结构域分别折叠。在蛋白质结构中，一些快速折叠的结构比如螺旋，含有较少的稀有密码子，一些较慢折叠的元件，比如折叠，就含有较多的稀少密码子，同样在一些复杂的，大的蛋白中，就含有较多的稀有密码子，尤其是在不同结构域之间。在上边例子中a1-蛋白a稳定的形式a2-蛋白a不稳定的形式b-蛋白b稳定的形式 当b存在的时候可以稳定a2的存在，b合成快（1） 当存在一个pause site的时候，降低了翻译速度，允许a、b分别翻译折叠，此时形成蛋白石a1b；（2） 当不存在pause site的时候，b翻译、折叠，此时a刚刚合成，形式是a2，此时b可以稳定a2，形成蛋白a2b6、 基于两方面的原因我们可以推测同义突变可能对表型产生影响（1） 在很多生命体中存在密码子的偏好性，暗示在进化中同义突变也是在不断的进行优化的；（2） 随着我们对蛋白合成和折叠认识的不断加深，我们可以更好地理解密码子偏好性进化的机制，已有多种证据证明，同义突变可以导致异常的rna剪切，造成疾病，另外有证据表明，同义突变会影响mrna的稳定性，因为会影响蛋白表达和酶的活性。7、同义突变的重要性（1） 在comt基因中，研究发现3个common snp和痛觉感知相关，在这三个snp中仅仅有一个非同义突变，因此默认这个非同义突变时致病原因，但是实验证据表明另外两个同义突变与痛觉感知程度不同更加相关（2） 在一个病人中发现一个同义突变和一个错义突变。这个错义突变之前被报道是致病突变，但是根据此病人家系分析，发现错义突变在5个没有患病的家族成员中都出现了，此突变不致病，但是同时这个同义突变仅仅在这个病人中出现，这个同义突变是致病突变。（3）507 508atc ttt atc,att编码异亮氨酸；ttt编码苯丙氨酸当atc的最后一个c及ttt的前两个tt缺失后，就会造成f508缺失变异，此时的密码子为att，还是编码异亮氨酸，但是mrna的结构和蛋白折叠改变了；当把att突变回去变为atc时，此时仅仅是ttt的缺失，应该和f508变异情况相同，但是实际发现mrna的结构正常，蛋白表达也比f508突变升高了。8、同义突变在人类疾病研究中的重要性（1）chen开展调查（根据2113篇关于疾病和snp的报道），研究得出结论同义突变和非同义突变在人类疾病研究中同等重要（2）在11.786个基因中，发现1.600个保守的同义突变位点（3）在人类基因中，有5%-10%的基因存在一个同义突变会造成非常有害影响的区域9、引进一个rscu的概念rscu=snc/na其中nc值得是在人类基因组中，密码子c出现的频率；na指的是密码子c所编码的氨基酸出现的频率；s指的是氨基酸a的同义密码子的数量在codon usage database数据库中收录了各种密码子的频率。（应该可以找到每一个蛋白对应编码区的频率？）rscu值 （后边减去前边的）：负值的时候，表示同义突变引入了一个更稀少的密码子；正值的时候表示引入一个更常见的密码子。同义突变的价值1. 最早认识到同义突变在1980s，至少在细菌和酵母中，它们使用同义突变密码子的概率不同。比如在细菌escberichia中，aac，aat编码同义氨基酸，但是aac在dna中出现频率更高，因为这样细胞合成蛋白的速度和准确性会更高。2. trna的丰度在不同细胞中是不同的，因此对于一个基因来说，相对丰度大的trna对应的密码子将会更快的翻译。3. 人类基因组中对密码子的选择有偏爱性，但绝不是仅仅是因为影响蛋白合成的原因。4. ese在外显子的末端，通常是3-8个碱基5. gga、ggg是编码甘氨酸的同义密码子，都有可能出现在剪切增强子区域，但是gga更有可能出现在增强子区域，gga更有可能出现在外显子临近区域。6. ese区域的密码子进化十分缓慢，这种自然选择的进化保持ese增强子区域不易改变，因为它们十分相当重要。7. 在一项研究中发现，在不同人群中外显子末端的序列基本相同，这些剪切相关的ese元件很少发生变异，即使是同义突变，并不是因为这些部分不发生突变，而是因为这些变异对蛋白产生严重的影响，它们都被淘汰了。8. 一项实验，当在cftr基因进行同义突变类型的点突变的时候，大约25%的突变或造成剪切的改变，这些改变会引起相关疾病。9. 两个例子（1） 在d2基因中，一个同义突变导致mrna降解，导致产生的蛋白偏少，引起疾病（2） 在comt基因中，同义突变增加了mrna折叠的范围，导致解旋变难，降低了蛋白合成。10抗药基因，这个基因在癌细胞中负责将药物从细胞中转移出去，当有一个同义突变发生的时候，导致错误折叠。在这个整个过程中是因为产生了一个pause点。11. gc含量高的蛋白折叠、合成更快12. 5%-10%的人类基因中包含至少一个同义突变对健康有重要坏处的区域。13.在hapmap 3 project中针对所有突变点进行分析总结，归纳各种不同类型的点对疾病的影响1。（1）发现在不同突变类型中，致病性相关的点的概率近似相同，说明同义突变与非同义突变的点的致病概率几乎没有差别（2）共研究了5272个致病snp点，其中仅仅有8.7%的点是nonsense和non-synonumous，假如不关注其它的点的话，就会漏掉近90%的致病点。14.在一个痛觉相关的研究中，comt基因中一个错义突变被认为是导致aps不同的原因，但是后来发现，在lps、hps中都存在这种变异，经过后来研究证实，在该基因上的另外一个同义突变是造成这种不同影响的原因。通过mrna的二