การกลายพันธุ์แบบไร้ความหมายและแบบเลื่อนกรอบ

การกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย (nonsense mutation) และการกลายพันธุ์แบบเลื่อนกรอบ (frameshift mutation) มักจะทำให้โปรตีนสั้นลง การกลายพันธุ์แบบไร้ความหมายจะเปลี่ยนรหัสพันธุกรรมสำหรับกรดอะมิโนให้เป็นรหัสหยุดก่อนกำหนด ในขณะที่การกลายพันธุ์แบบเลื่อนกรอบ ซึ่งเกิดจากการแทรกหรือการลบจำนวนเบสที่ไม่ใช่ผลคูณของสาม จะเลื่อนกรอบการอ่าน ทำให้รหัสพันธุกรรมที่อยู่ถัดไปถูกอ่านผิด และมักจะพบรหัสหยุดก่อนกำหนด ทั้งสองเป็นกลไกทั่วไปของการสูญเสียการทำงานในโรคทางพันธุกรรม

Definition

การกลายพันธุ์แบบไร้ความหมายคือการเปลี่ยนแปลงที่เปลี่ยนรหัสพันธุกรรมที่มีความหมายให้เป็นรหัสหยุด ทำให้การแปลรหัสสิ้นสุดลงก่อนกำหนด; การกลายพันธุ์แบบเลื่อนกรอบคือการแทรกหรือการลบจำนวนนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ใช่ผลคูณของสาม ซึ่งจะเลื่อนกรอบการอ่านที่อยู่ถัดไป และโดยทั่วไปจะสร้างรหัสหยุดก่อนกำหนด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกสองอย่างที่ทำให้เกิดการตัดสั้น: การแทนที่แบบไร้ความหมายที่นำไปสู่รหัสหยุดก่อนกำหนด และการแทรกหรือการลบขนาดเล็กที่ทำให้กรอบการอ่านสำหรับการแปลรหัสเลื่อนไป หัวข้อนี้กล่าวถึงผลลัพธ์ที่ตามมาร่วมกัน ซึ่งคือการสิ้นสุดก่อนกำหนด ซึ่งมักจะตามมาด้วยการสลายตัวของทรานสคริปต์ที่เกิดจากการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย (nonsense-mediated decay) และวิธีการตีความตัวแปรที่ทำให้เกิดการตัดสั้น นี่คือข้อมูลอ้างอิง ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก; การแทนที่เบสเดี่ยวที่รักษากรอบการอ่านจะครอบคลุมภายใต้การกลายพันธุ์เฉพาะจุด (point mutations)

Key concepts

• รหัสหยุดก่อนกำหนด
• กรอบการอ่าน
• การแทรก/การลบ (indel)
• การสลาย mRNA ที่เกิดจากการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย (NMD)
• การสูญเสียการทำงาน
• ตัวแปรที่ทำให้เกิดการตัดสั้น
• ภาวะแฮปโลอินซัฟฟิเชียนซี

Mechanisms

การกลายพันธุ์แบบไร้ความหมายสร้างรหัสหยุดก่อนกำหนดโดยตรงผ่านการแทนที่เบส การเลื่อนกรอบเกิดขึ้นเมื่อมีการแทรกหรือการลบที่มีความยาวไม่ใช่ผลคูณของสาม ซึ่งเปลี่ยนแปลงการจัดกลุ่มของนิวคลีโอไทด์เป็นรหัสพันธุกรรม ทำให้ทุกอย่างที่อยู่ถัดไปถูกอ่านในกรอบที่แตกต่างกัน และโดยทั่วไปจะพบรหัสหยุดไม่นานหลังจากนั้น ในทั้งสองกรณี ผลลัพธ์มักจะเป็นโปรตีนที่สั้นลงหรือไม่ทำงาน ทรานสคริปต์จำนวนมากที่มีรหัสหยุดก่อนกำหนดจะถูกจดจำและย่อยสลายโดยกระบวนการสลาย mRNA ที่เกิดจากการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย (nonsense-mediated mRNA decay, NMD) ซึ่งเป็นกลไกการเฝ้าระวังที่ลดการผลิตโปรตีนที่สั้นลงซึ่งอาจเป็นอันตราย (Kervestin & Jacobson, 2012) การที่ NMD จะทำงานหรือไม่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของรหัสหยุดก่อนกำหนดที่สัมพันธ์กับคุณสมบัติต่างๆ เช่น รอยต่อระหว่างเอกซอน-เอกซอนสุดท้าย ซึ่งมีอิทธิพลต่อว่าตัวแปรที่ทำให้เกิดการตัดสั้นจะทำให้เกิดการสูญเสียการทำงานหรือผลิตภัณฑ์ที่เปลี่ยนแปลงไปบางส่วน

Clinical relevance

ตัวแปรแบบไร้ความหมายและแบบเลื่อนกรอบมักถูกจัดประเภทว่ามีแนวโน้มที่จะสูญเสียการทำงาน และในยีนที่การสูญเสียการทำงานเป็นกลไกของโรคที่ได้รับการยอมรับ จะมีน้ำหนักอย่างมากต่อการก่อโรคในกรอบการตีความ ผลกระทบของพวกมันสามารถถูกปรับเปลี่ยนได้โดย NMD และโดยตำแหน่งของการเปลี่ยนแปลงภายในยีน หัวข้อนี้อธิบายว่าตัวแปรดังกล่าวถูกจดจำ ตั้งชื่อ และให้น้ำหนักอย่างไร และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กรอบการทำงานของ ACMG/AMP (Richards et al., 2015) ถือว่าตัวแปรที่คาดว่าจะไม่ทำงาน (รวมถึงการเปลี่ยนแปลงแบบไร้ความหมายและแบบเลื่อนกรอบ) เป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งต่อการก่อโรคในยีนที่การสูญเสียการทำงานเป็นกลไกที่ทราบ โดยมีข้อควรระวังเกี่ยวกับตำแหน่งของตัวแปรและ NMD; การตั้งชื่อตาม HGVS (den Dunnen et al., 2016) กำหนดมาตรฐานวิธีการอธิบายการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

Debates

ตัวแปรที่ทำให้เกิดการตัดสั้นทั้งหมดทำหน้าที่เป็นอัลลีลที่ไม่มีการทำงานหรือไม่?

ตัวแปรที่ทำให้เกิดการตัดสั้นใกล้ปลาย 3' ของยีน ในเอกซอนสุดท้าย หรือในทรานสคริปต์ที่หลีกเลี่ยงการสลายตัวที่เกิดจากการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย อาจให้โปรตีนที่สั้นลงซึ่งทำงานได้บางส่วนหรือเสถียร แทนที่จะสูญเสียการทำงานโดยสมบูรณ์ ดังนั้นตำแหน่งของรหัสหยุดก่อนกำหนดจึงมีความสำคัญต่อการตีความ

Seminal works

• kervestin-2012
• richards-2015

Frequently asked questions

เหตุใดการเลื่อนกรอบมักจะสร้างรหัสหยุดก่อนกำหนด?

การเลื่อนกรอบการอ่านจะเปลี่ยนวิธีการจัดกลุ่มนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดที่อยู่ถัดไปให้เป็นรหัสพันธุกรรม ทำให้เกิดลำดับใหม่ที่เป็นแบบสุ่มโดยพื้นฐาน ซึ่งโดยทั่วไปจะพบหนึ่งในสามของรหัสหยุดภายในระยะทางสั้นๆ

การสลายตัวที่เกิดจากการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมายคืออะไร?

เป็นกลไกการเฝ้าระวังของเซลล์ที่ตรวจจับ messenger RNA ที่มีรหัสหยุดก่อนกำหนดและย่อยสลายพวกมัน ลดการผลิตโปรตีนที่สั้นลง และด้วยเหตุนี้จึงมีอิทธิพลต่อผลลัพธ์ของการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมายและแบบเลื่อนกรอบ