Нонсенс-мутации и мутации сдвига рамки считывания

Нонсенс-мутации и мутации сдвига рамки считывания обычно приводят к укорочению белка. Нонсенс-мутация превращает кодон, кодирующий аминокислоту, в преждевременный стоп-кодон, тогда как мутация сдвига рамки считывания, вызванная вставкой или делецией числа оснований, не кратного трём, сдвигает рамку считывания таким образом, что нижележащие кодоны считываются неверно, и обычно достигается преждевременный стоп-кодон. Оба механизма являются распространёнными причинами потери функции при генетических заболеваниях.

Definition

Нонсенс-мутация — это изменение, которое превращает смысловой кодон в стоп-кодон, преждевременно завершая трансляцию; мутация сдвига рамки считывания — это вставка или делеция числа нуклеотидов, не кратного трём, что сдвигает нижележащую рамку считывания и обычно приводит к образованию преждевременного стоп-кодона.

Scope

Эта тема охватывает два механизма укорочения: нонсенс-замены, которые вводят преждевременный терминирующий кодон, и небольшие вставки или делеции, которые сдвигают трансляционную рамку считывания. В ней рассматриваются их общие последующие последствия — преждевременная терминация, часто сопровождающаяся нонсенс-опосредованной деградацией транскрипта, — а также то, как интерпретируются укорачивающие варианты. Это справочная статья, а не клиническое руководство; однонуклеотидные замены, сохраняющие рамку считывания, рассматриваются в разделе о точечных мутациях.

Key concepts

• Преждевременный терминирующий кодон
• Рамка считывания
• Вставка/делеция (индел)
• Нонсенс-опосредованная деградация мРНК (NMD)
• Потеря функции
• Укорачивающий вариант
• Гаплонедостаточность

Mechanisms

Нонсенс-мутация создаёт преждевременный терминирующий кодон непосредственно через замену основания. Сдвиг рамки считывания возникает, когда вставка или делеция, длина которой не кратна трём, изменяет группировку нуклеотидов в кодоны, так что всё нижележащее считывается в другой рамке, и стоп-кодон обычно встречается вскоре после этого. В обоих случаях результатом часто является укороченный или нефункциональный белок. Многие транскрипты, несущие преждевременный терминирующий кодон, распознаются и деградируются путём нонсенс-опосредованной деградации мРНК (NMD), системы надзора, которая уменьшает производство потенциально вредных укороченных белков (Kervestin & Jacobson, 2012). Действие NMD зависит от положения преждевременного стоп-кодона относительно таких признаков, как последний экзон-экзонный стык, что влияет на то, вызывает ли укорачивающий вариант потерю функции или остаточный изменённый продукт.

Clinical relevance

Нонсенс-варианты и варианты сдвига рамки считывания часто классифицируются как вероятная потеря функции и, в генах, где потеря функции является установленным механизмом заболевания, имеют большое значение для патогенности в рамках интерпретации. Их эффект может модулироваться NMD и положением изменения внутри гена. Эта тема описывает, как такие варианты распознаются, называются и оцениваются, и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Рамки ACMG/AMP (Richards et al., 2015) рассматривают предсказанные нулевые варианты (включая нонсенс- и фреймшифт-изменения) как сильное доказательство патогенности в генах, где потеря функции является известным механизмом, с оговорками относительно положения варианта и NMD; номенклатура HGVS (den Dunnen et al., 2016) стандартизирует описание этих изменений.

Debates

Все ли укорачивающие варианты ведут себя как нулевые аллели?

Укорачивающие варианты вблизи 3'-конца гена, в последнем экзоне или в транскриптах, которые избегают нонсенс-опосредованной деградации, могут приводить к частично функциональному или стабильному укороченному белку, а не к полной потере функции, поэтому положение преждевременного стоп-кодона имеет значение для интерпретации.

Seminal works

• kervestin-2012
• richards-2015

Frequently asked questions

Почему сдвиг рамки считывания обычно приводит к преждевременному стоп-кодону?

Сдвиг рамки считывания изменяет группировку всех нижележащих нуклеотидов в кодоны, создавая по существу случайную новую последовательность, в которой один из трёх стоп-кодонов обычно встречается на коротком расстоянии.

Что такое нонсенс-опосредованная деградация?

Это клеточный путь надзора, который обнаруживает матричные РНК, несущие преждевременный терминирующий кодон, и деградирует их, уменьшая производство укороченных белков и тем самым влияя на последствия нонсенс-мутаций и мутаций сдвига рамки считывания.