Варианты сплайсинга и регуляторные мутации

Варианты сплайсинга и регуляторные мутации влияют на то, как ген обрабатывается или экспрессируется, а не изменяют непосредственно аминокислотную последовательность. Варианты сплайсинга нарушают удаление интронов и соединение экзонов, в то время как регуляторные мутации изменяют промоторы, энхансеры или другие некодирующие элементы, которые контролируют, когда и в какой степени транскрибируется ген. Оба типа сложнее интерпретировать, чем кодирующие изменения, поскольку их эффект является косвенным.

Definition

Вариант сплайсинга — это изменение ДНК, которое изменяет распознавание сайтов сплайсинга или регуляторных элементов сплайсинга, изменяя способ сборки транскрипта; регуляторная мутация — это изменение в некодирующем контрольном элементе, таком как промотор или энхансер, которое изменяет экспрессию гена, а не последовательность белка.

Scope

Статья охватывает молекулярные последствия вариантов, изменяющих сплайсинг, более широкую категорию некодирующих регуляторных вариаций, вычислительные и экспериментальные инструменты, используемые для их оценки, а также причины, по которым эти классы представляют собой особые интерпретационные проблемы. Это методологический справочный материал, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как варианты нарушают нормальный сплайсинг РНК и каковы результирующие последствия для транскрипта?
• Что такое регуляторные (некодирующие) варианты и как они изменяют экспрессию генов?
• Как предсказываются и тестируются эффекты сплайсинга и регуляторные эффекты?
• Почему эти варианты сложнее классифицировать, чем кодирующие изменения?

Key concepts

• Канонический вариант сайта сплайсинга
• Пропуск экзона и задержка интрона
• Регуляторные элементы сплайсинга
• Варианты промотора и энхансера
• Некодирующая вариация
• Инструменты предсказания сплайсинга
• Подтверждение на уровне РНК

Mechanisms

Варианты в канонических донорных и акцепторных сайтах сплайсинга или в близлежащих регуляторных элементах сплайсинга могут вызывать пропуск экзонов, задержку интронов или использование криптических сайтов сплайсинга, что приводит к аберрантным транскриптам, которые могут быть деградированы или продуцировать аномальный белок — основной путь к заболеванию, обобщенный в обзорах ошибочного сплайсинга РНК (Scotti & Swanson, 2016). Регуляторные варианты в промоторах, энхансерах и других некодирующих элементах вместо этого изменяют уровень или контекст транскрипции; их эффекты являются диффузными и были рассмотрены в рамках моделей, где многие регуляторные локусы вносят небольшие эффекты в сложные признаки (Boyle et al., 2017). Поскольку последствия являются косвенными, интерпретация опирается на вычислительные предикторы — включая модели глубокого обучения, которые предсказывают влияние сплайсинга по первичной последовательности (Jaganathan et al., 2019) — и, по возможности, подтверждение на уровне РНК. Классификационные рамки признают предсказание сплайсинга как линию вычислительных доказательств, подчеркивая функциональное подтверждение (Richards et al., 2015).

Clinical relevance

Варианты, изменяющие сплайсинг, и регуляторные варианты способствуют развитию наследственных и приобретенных заболеваний и все чаще сообщаются, поэтому понимание того, почему их трудно интерпретировать, является частью оценки молекулярных данных. Статья объясняет механизмы и логику оценки; она не предоставляет индивидуализированной интерпретации или рекомендаций по лечению.

Evidence & guidelines

Вычислительное предсказание сплайсинга рассматривается как вспомогательное доказательство в рамках ACMG/AMP, которое подчеркивает подтверждение функциональными или РНК-исследованиями (Richards et al., 2015). Предикторы сплайсинга на основе глубокого обучения улучшили приоритизацию кандидатных вариантов, изменяющих сплайсинг (Jaganathan et al., 2019).

History

Мутации в сайтах сплайсинга были признаны одними из самых ранних молекулярных причин наследственных заболеваний, но систематическая интерпретация неканонических вариантов сплайсинга и некодирующих регуляторных вариантов отставала от анализа кодирующих последовательностей. Полногеномная функциональная аннотация и, в последнее время, предикторы машинного обучения на основе последовательностей расширили возможности оценки этих вариантов (Jaganathan et al., 2019).

Debates

Насколько вычислительные предсказания могут заменить функциональное подтверждение эффектов сплайсинга?

In silico предикторы сплайсинга эффективно выявляют кандидатные варианты, но предсказания могут быть неверными, и существующие рамки продолжают требовать подтверждения на уровне РНК или функционального подтверждения, прежде чем эффект сплайсинга будет рассматриваться как убедительное доказательство.

Seminal works

• scotti-2016
• jaganathan-2019

Frequently asked questions

Почему варианты сплайсинга и регуляторные варианты сложнее интерпретировать, чем кодирующие варианты?

Их эффект является косвенным — на то, как собирается транскрипт или сколько гена экспрессируется — а не прямым изменением аминокислот, поэтому их оценка часто требует вычислительного предсказания плюс подтверждения на уровне РНК или функционального подтверждения.

Что такое канонический вариант сайта сплайсинга?

Это изменение в высококонсервативных донорных или акцепторных позициях на границах интронов; такие варианты часто нарушают сплайсинг и часто рассматриваются как убедительное доказательство патогенности, когда механизм гена подтверждает это.