同义突变的价值及对疾病的影响

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通常表现为一段嘌吟富集区，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）CnnnectlyspicedinRNACnnnectlyspicedinRNAIncnnrectlyspikedmRNA但席。0skipping)LocMstabilitynearstairtcodonMorestablemRNAcannoteatsilyinitiate(ranslarioHifsuitinginlowerproteinkvds（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LocMstabilitynearstairtcodonMorestablemRNAcannoteatsilyinitiate(ranslarioHifsuitinginlowerproteinkvds（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。GlobalstsbilhyofmRNALessstablemRNAiseasilydegraded,rgsuldnginlowerprotein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a螺旋，含有较少的稀有密码子，一些较慢折叠的元件，比如B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。RibosorrKiLpau&camdlco-tramslationalfolding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合成快当存在一个pausesite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；当不存在pausesite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；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commonsnp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）507508ATCTTTATC,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=SN/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CodonUsageDatabase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？）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^膑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编码同乂氨基酸，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。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。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。ESE在外显子的末端，通常是3-8个碱基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。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。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。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。两个例子在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。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。GC含量高的蛋白折叠、合成更快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。在HapMap3project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］。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的二级结构可以明显看出影响了构型。Lowpain$ensrtiV4tyAwerjgepoinsensftiviftrLowpain$ensrtiV4tyAwerjgepoinsensftiviftr{APS}Sy=nonym&usNQnsynooiyTnDusmutation励徂的。南Musiiypkdlse<]uence匚at匚TtATGHighpantS时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