Nonsense- und Frameshift-Mutationen

Nonsense- und Frameshift-Mutationen führen in der Regel zu einer Verkürzung eines Proteins. Eine Nonsense-Mutation wandelt ein Codon für eine Aminosäure in ein vorzeitiges Stoppcodon um, während ein Frameshift, verursacht durch das Einfügen oder Löschen einer Anzahl von Basen, die nicht durch drei teilbar ist, den Leserahmen verschiebt, sodass nachgeschaltete Codons falsch gelesen werden und in der Regel ein vorzeitiger Stopp erreicht wird. Beide sind häufige Mechanismen für den Funktionsverlust bei genetischen Erkrankungen.

Definition

Eine Nonsense-Mutation ist eine Veränderung, die ein Sense-Codon in ein Stoppcodon umwandelt und die Translation vorzeitig beendet; eine Frameshift-Mutation ist eine Insertion oder Deletion einer Anzahl von Nukleotiden, die kein Vielfaches von drei ist, wodurch der nachgeschaltete Leserahmen verschoben wird und typischerweise ein vorzeitiges Stoppcodon entsteht.

Scope

Dieses Thema behandelt zwei verkürzende Mechanismen: Nonsense-Substitutionen, die ein vorzeitiges Terminationscodon einführen, und kleine Insertionen oder Deletionen, die den translationalen Leserahmen verschieben. Es befasst sich mit ihrer gemeinsamen nachgeschalteten Konsequenz – der vorzeitigen Termination, oft gefolgt vom Nonsense-mediated Decay des Transkripts – und wie verkürzende Varianten interpretiert werden. Es handelt sich um einen Referenzeintrag, nicht um eine klinische Leitlinie; Einzelbasen-Substitutionen, die den Leserahmen erhalten, werden unter Punktmutationen behandelt.

Key concepts

• Vorzeitiges Terminationscodon
• Leserahmen
• Insertion/Deletion (Indel)
• Nonsense-mediated mRNA Decay (NMD)
• Funktionsverlust
• Verkürzende Variante
• Haploinsuffizienz

Mechanisms

Eine Nonsense-Mutation erzeugt direkt ein vorzeitiges Terminationscodon durch eine Basensubstitution. Ein Frameshift entsteht, wenn eine Insertion oder Deletion, deren Länge kein Vielfaches von drei ist, die Gruppierung der Nukleotide in Codons verändert, sodass alles nachgeschaltete in einem anderen Rahmen gelesen wird und in der Regel bald darauf ein Stoppcodon angetroffen wird. In beiden Fällen ist das Ergebnis oft ein verkürztes oder nicht-funktionsfähiges Protein. Viele Transkripte, die ein vorzeitiges Terminationscodon tragen, werden durch den Nonsense-mediated mRNA Decay (NMD) erkannt und abgebaut, einen Überwachungsweg, der die Produktion potenziell schädlicher verkürzter Proteine reduziert (Kervestin & Jacobson, 2012). Ob NMD wirkt, hängt von der Position des vorzeitigen Stopps relativ zu Merkmalen wie der letzten Exon-Exon-Verbindungsstelle ab, was beeinflusst, ob eine verkürzende Variante einen Funktionsverlust oder ein restliches, verändertes Produkt verursacht.

Clinical relevance

Nonsense- und Frameshift-Varianten werden häufig als wahrscheinlich funktionsverlustbehaftet eingestuft und haben in Genen, in denen Funktionsverlust ein etablierter Krankheitsmechanismus ist, ein starkes Gewicht für die Pathogenität in Interpretationsrahmen. Ihre Wirkung kann durch NMD und durch die Position der Veränderung innerhalb des Gens moduliert werden. Dieses Thema beschreibt, wie solche Varianten erkannt, benannt und gewichtet werden, und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

Evidence & guidelines

Der ACMG/AMP-Rahmen (Richards et al., 2015) behandelt vorhergesagte Null-Varianten (einschließlich Nonsense- und Frameshift-Veränderungen) als starken Hinweis auf Pathogenität in Genen, in denen Funktionsverlust ein bekannter Mechanismus ist, mit Vorbehalten bezüglich der Variantenposition und NMD; die HGVS-Nomenklatur (den Dunnen et al., 2016) standardisiert die Beschreibung dieser Veränderungen.

Debates

Verhalten sich alle verkürzenden Varianten wie Null-Allele?

Verkürzende Varianten nahe dem 3'-Ende eines Gens, im letzten Exon oder in Transkripten, die dem Nonsense-mediated Decay entgehen, können ein teilweise funktionelles oder stabiles verkürztes Protein anstelle eines vollständigen Funktionsverlusts ergeben, sodass die Position des vorzeitigen Stopps für die Interpretation von Bedeutung ist.

Seminal works

• kervestin-2012
• richards-2015

Frequently asked questions

Warum erzeugt ein Frameshift in der Regel ein vorzeitiges Stoppcodon?

Die Verschiebung des Leserahmens ändert die Gruppierung aller nachgeschalteten Nukleotide in Codons, wodurch eine im Wesentlichen zufällige neue Sequenz entsteht, in der typischerweise innerhalb kurzer Distanz eines der drei Stoppcodons angetroffen wird.

Was ist Nonsense-mediated Decay?

Es ist ein zellulärer Überwachungsweg, der Messenger-RNAs erkennt, die ein vorzeitiges Terminationscodon tragen, und diese abbaut, wodurch die Produktion verkürzter Proteine reduziert und somit die Konsequenz von Nonsense- und Frameshift-Varianten beeinflusst wird.