“靜寂SNP”：被忽識的多態(tài)性分子標志

“靜寂SNP”：被忽識的多態(tài)性分子標志【摘要】 單核苷酸多態(tài)性(SNP)是基因組中最常見的遺傳變異。其中同義SNP改變密碼子組成但不改變所編碼的氨基酸 ,被稱為“靜寂SNP”,在關聯(lián)性研究中往往被忽視。最近發(fā)現(xiàn)同義SNP與牛皮癬、阿滋海默綜合征、精神分裂癥等疾病相關。通過影響翻譯效率、 mRNA穩(wěn)定性和拼接控制等影響翻譯速度和表達水平。對MDR1基因同義SNP的最新研究,又提出了參與蛋白折疊動力學控制,引起蛋白局部精細結(jié)構(gòu)改變 ,影響結(jié)合特異性和親和力的新機制。提示應重視同義SNP,有助于發(fā)現(xiàn)新的遺傳分子標志和探討疾病發(fā)生機理?！娟P鍵詞】 單核苷酸多態(tài)性;同義SNP;單倍體型;蛋白折疊人類的疾病易感性、藥物療效及毒副反應 ,普遍存在個體及種群間的差異。越來越多的證據(jù)表明 ,遺傳變異是決定這些差異的主要因素。隨著人類基因組計劃的完成,人類變異基因組計劃(HVP)、全基因組關聯(lián)性研究(Wholegenomeassociationstudy,WGAS)的開展,發(fā)現(xiàn)人類基因組變異遠遠超出早期估計的水平。其中單核苷酸多態(tài)性 (singlenucleotidepolymorphism,SNP) 是指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性,即指基因組內(nèi)特定核苷酸位置上存在兩種以上不同的堿基,其中最少一種在群體中的頻率不T/2677G>T/3435C>T是中國、印度及日本等人群中最常見的單倍體型,分布頻率可達31%~49%[26],其中1236C>T,3435C>T為同義SNP和2677G>T為非同義SNP。此單倍體型攜帶者對環(huán)孢素A及維拉帕米的逆向轉(zhuǎn)運能力降低[27]。依照生化經(jīng)典理論,“蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu),氨基酸序列相同,一般不改變蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和功能。”最初推測P-gp的功能改變由其非同義SNP(2677G>T)所決定。Kimchi-Sarfaty等采用瞬時表達系統(tǒng)表達了多種MDR1變異體,用流式細胞儀分析不同變異體蛋白對熒光標記底物的轉(zhuǎn)運能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)單獨非同義SNP并不改其轉(zhuǎn)運能力。而且此單倍體型變異基因可轉(zhuǎn)錄完整的全長mRNA,蛋白表達水平及定位無變化,氨基酸測序完全正確。排除了因使用罕見密碼子導致蛋白翻譯速度、mRNA穩(wěn)定性及拼接異常等可能機制。那么是否蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變?隨后,采用結(jié)構(gòu)特異性抗P-gp抗體(UIC2),發(fā)現(xiàn)單倍型和野生型P-gp存在抗體反應性的差異,證實存在細微的空間結(jié)構(gòu)改變。這無疑對“同義SNP不影響蛋白結(jié)構(gòu)和功能”的傳統(tǒng)觀念提出了挑戰(zhàn)。蛋白質(zhì)在翻譯過程中同步進行肽鏈折疊,肽鏈內(nèi)已折疊和非折疊區(qū)相互接觸和相互作用,隨時影響瞬時及最終的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[28]。蛋白質(zhì)折疊除受到熱效學控制(thermodynamiccontrol), 即傳統(tǒng)的氨基酸組成決定相互間的能量關系,決定蛋白質(zhì)折疊取向和決定空間結(jié)構(gòu)。 還存在動力學控制(kinetic control)機制,恰當?shù)姆g速度和翻譯停頓可能是保證正確折疊的必要條件 [29]。同義SNP改變密碼子選擇和使用,可能影響蛋白折疊的動力學控制 ,1236C>T/2677G>T/3435C>T單倍體型可能正是由于密碼子的替換 ,改變了翻譯速度或節(jié)奏,引起P-gp蛋白局部結(jié)構(gòu)的細微改變 ,改變對底物或調(diào)節(jié)分子的親和力。同義SNP對蛋白結(jié)構(gòu)的影響盡管看似微弱 ,但對其功能及相關臨床表型可能產(chǎn)生不可忽視的作用。尤其是多基因復雜性疾病 ,每個相關基因在發(fā)病所起作用都較微弱。疾病是多種變異效果的相互疊加和協(xié)同效應的結(jié)果。同義 SNP的研究不僅從理論上對蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的決定條件提出了新的觀點 ,同時使我們重新審視以往在基因多態(tài)性篩查、分子標志鑒定中所忽略的同義 SNP,它占編碼區(qū)SNP的一半數(shù)量,極可能是被長期漠視的一個寶藏。對其進行認真研究和開發(fā) ,有助于了解疾病發(fā)生機制和病因 ,并發(fā)現(xiàn)新的分子標志,應用于疾病風險預防及個體化用藥指導等領域?！緟⒖嘉墨I】1SachidanandamR,WeissmanD,SchmidtSC,et al.Amapofhumangenomesequencevariationcontainingmillionsinglenucleotidepolymorphisms.Nature,20XX,409:928-33.2HaseldenJN,Nicholls AW.Personalized medicineprogresses. NatMed,20XX,12:510-511.3LiW,SadlerLA.Lownucleotide diversity in,1991,129:513-523.4NickersonDA,TaylorSL,WeissKM,etal. DNAsequencediversityinakbregionofthehumanlipoproteinlipasegene.NatureGenetics,1998,19:233-240.5CaponF,AllenMH,AmeenM,etal.AsynonymousSNPofthecorneodesmosingeneleadstoincreasedmRNAstabilityanddemonstratesassociationwithpsoriasisacrossdiverseethnicgroups.HumMolGenet,20XX,13:2361-2368.6LawsSM,HoneE,GandyS,Martins RN.ExpandingtheassociationbetweentheAPOEgeneandtherisk ofAlzheimer’sdisease: possible rolesforAPOEpromoterpolymorphismsandalterationsinAPOEtranscription.JNeurochem,20XX,84:1215-1236.7DeFerrariGV,PapassotiropoulosA,BiecheleT,etal.Commongeneticvariationwithinthelow-densitylipoproteinreceptor-relatedprotein6andlate-

onsetAlzheimer

’sdisease.

ProcNatlAcadSciUSA,20XX,104:9434-34.8ChamaryJV,ParmleyJL,HurstLD.Hearingsilence:non-neutralevolutionatsynonymoussitesinmammals.NatRevGenet,20XX,7:98-108.9LavnerY,KotlarD.Codonbiasasafactorinregulatingexpressionviatranslationrateinthehumangenome.Gene,20XX,345:127-138.10BulmerM.CoevolutionofcodonusageandtransferRNAabundance.Nature,1987,325:728-730.11ComeronJM.Selectiveandmutationalpatternsassociatedwithgeneexpressioninhumans:influencesonsynonymouspositionandintronpresence.Genetics,20XX,167:1293-1304.12LanderES.Initialsequencingandanalysisofthehumangenome.Nature,20XX,409:860-921.13dosReisM,SavvaR,WernischL.Solvingtheriddleofcodonusagepreferences:atestfortranslationalselection.NucleicAcidsRes,20XX,32:5036-5044.14ChamaryJV,HurstLD.EvidenceforselectiononsynonymousmutationsaffectingstabilityofmRNAsecondarystructureinmammals.GenomeBiol,20XX,6:R75.15DuanJ,AntezanaMA.Mammalianmutationpressure,synonymouscodonchoice,andmRNAdegradation.JMolEvol,20XX,57:694-701.16DuanJ.SynonymousmutationsinthehumandopaminereceptorD2(DRD2)affectmRNAstabilityandsynthesisofthereceptor.Hum.Mol.Genet,20XX,2:205-216.17EskesenST,EskesenFN,RuvinskyA.NaturalselectionaffectsfrequenciesofAGandGTdinucleotidesatthe5′and3′endsofexons.Genetics,20XX,167:543-550.18FairbrotherWG,YehRF,SharpPA,etal.Predictiveidentificationofexonicsplicingenhancersinhumangenes.Science,20XX,297:1007-1013.19WangZ.Systematicidentificationandanalysisofexonicsplicingsilencers.Cell,20XX,119:831-845.20CusackBP,WolfeKH.Changesinalternativesplicingofhumanandmousegenesareacpaniedbyfasterevolutionofconstitutiveexons.MolBiolEvol,20XX,22:2198-2208.21ParmleyJL,ChamaryJV,HurstLD.Evidenceforpurifyingselectionagainstsynonymousmutationsinmammalianexonicsplicingenhancers.MolBiolEvol,20XX,12:22CartegniL,ChewSL,KrainerAR.Listeningtosilenceandunderstandingnonsense:exonicmutationsthataffectsplicing.NatureRevGenet,20XX,3:285-298.23AretzS.Familialadenomatouspolyposis:aberrantsplicingduetomissenseorsilentmutationsintheAPCgene.HumMut,20XX,24:370-380.24MizuguchiT.HeterozygousTGFBR2mutationsinMarfansyndrome.NatureGenet,20XX,36:855-860.25PenzottiJE,LandrumGA,PuttaS.BuildingpredictiveADMETmodelsforearlydecisionsindrugdiscovery.CurrOpinDrugDiscovDevel,20XX,7:49-61.26RischNJ.Searchingforgeneticdeterminantsinthenewmillennium.Nature,20XX,405:847-56.27Kimchi-SarfatyC,OhJM,KimI-W,etal.A“Silent”polymorphismintheMDR1genechangessubstratespecificity.Science,20XX,315:525-528.