关注“静寂SNP”：被忽识的多态性分子标志(精)

1、关注“静寂SNP :被忽识的多态性分子标志【摘要】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。通过影响翻译效率、mRN稳定性和拼接控制等提示应重视同义SNP有助于发现新的遗传分子标志和探讨疾病发生 【关键词】单核苷酸多态性；同义SNP单倍体型;蛋白折人类的疾病易感性、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HVP、全基因组关联性研究影响翻译速度和表达水平。对 MDR

2、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。 机理。 叠 的差异。类基因组计划的完成，人类变异基因组计划(Whole gen ome 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

3、的一种，占所有 已知多态性的90%上。在人类基因组中发生频率约为1/1001/1000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

4、 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

5、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68。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

6、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 : 02 影响mRNA急定性由于同义SNP改变mRNA勺核苷酸组成，影响mRNA勺二级结构，进而影响其稳定性

7、。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勺稳定性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16o角化粒基因同义改变 mRNAr 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 silencer

8、s, 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 o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、CYP27A基因(G112G) 与脑腱黄瘤病22、PAH基因(V399V)与苯丙酮尿症22、TGFBR基因 (Q508Q)与马凡氏综合征等24o值得一提的是最近Sauna等对多耐（ADEMT） 25。药基因(multidrug resis

9、ta nee 1, MDR1 )的研究。MDR 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 1236C>T/2677G>T/3435C>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 SNF和 2677G>T 为非同义SNP此单倍体型携带者对环抱素 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(2677

10、G>T所决定。Kimehi-Sarfaty 等采用瞬时表达系统表达了多种 MDR变异体，用流式细胞仪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!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),28。蛋白质折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

11、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 叠除受到热效学控制( thermodynamie eontrol )，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(kinetie eontrol )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>1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

12、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。【参考文献】 1 Sachid

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