การกลายพันธุ์เฉพาะจุดและรูปแบบมิสเซนส์

การกลายพันธุ์เฉพาะจุดคือการเปลี่ยนแปลงที่ส่งผลกระทบต่อนิวคลีโอไทด์เดี่ยว ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นการแทนที่เบสหนึ่งด้วยอีกเบสหนึ่ง เมื่อการแทนที่ดังกล่าวเกิดขึ้นในบริเวณที่ถอดรหัสโปรตีน อาจทำให้กรดอะมิโนไม่เปลี่ยนแปลง (synonymous), เปลี่ยนแปลงไป (missense), หรือสร้างรหัสหยุด (nonsense) ขึ้นมาได้ โดยรูปแบบมิสเซนส์ ซึ่งเป็นการสลับกรดอะมิโนหนึ่งกับอีกกรดอะมิโนหนึ่ง จัดอยู่ในกลุ่มการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับโรคที่พบได้บ่อยที่สุดและท้าทายที่สุดในการตีความ

Definition

การกลายพันธุ์เฉพาะจุดคือการเปลี่ยนแปลงของนิวคลีโอไทด์เดี่ยวในลำดับ DNA; รูปแบบมิสเซนส์คือการกลายพันธุ์เฉพาะจุดในบริเวณการถอดรหัสที่เปลี่ยนรหัสพันธุกรรมหนึ่งไปเป็นรหัสพันธุกรรมที่ระบุกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงผลิตภัณฑ์โปรตีน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการแทนที่เบสเดี่ยวในลำดับการถอดรหัสและวิธีการจัดประเภทผลลัพธ์ในระดับโปรตีน: ผลลัพธ์แบบ synonymous, missense และ nonsense โดยเน้นที่รูปแบบมิสเซนส์ หัวข้อนี้กล่าวถึงวิธีการทำนายผลกระทบเชิงหน้าที่ของการเปลี่ยนแปลงแบบมิสเซนส์ และวิธีการจัดระดับความสำคัญทางคลินิกของรูปแบบต่างๆ โดยถือเป็นแนวคิดอ้างอิงมากกว่าคำแนะนำในการจัดการ กลไก nonsense และ frameshift มีรายละเอียดอยู่ในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Key concepts

• การแทนที่นิวคลีโอไทด์เดี่ยว
• Transition เทียบกับ transversion
• การเปลี่ยนแปลงแบบ Synonymous (เงียบ)
• การเปลี่ยนแปลงแบบ Missense (ไม่เป็น synonymous)
• การแทนที่แบบ Conservative เทียบกับ non-conservative
• การทำนายพยาธิสภาพด้วยคอมพิวเตอร์ (in silico) (เช่น SIFT)
• การจำแนกรูปแบบ (ACMG/AMP)
• การอนุรักษ์เชิงวิวัฒนาการเป็นหลักฐาน

Mechanisms

การกลายพันธุ์เฉพาะจุดส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นจากการแทนที่เบสในระหว่างการจำลองแบบ DNA หรือจากความเสียหายที่ไม่ได้รับการซ่อมแซม การแทนที่แบ่งออกเป็น transitions (พิวรีน-เป็น-พิวรีน หรือ ไพริมิดีน-เป็น-ไพริมิดีน) หรือ transversions (พิวรีน-เป็น-ไพริมิดีน หรือในทางกลับกัน) ในลำดับการถอดรหัส ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับความซ้ำซ้อนของรหัสพันธุกรรม: การเปลี่ยนแปลงแบบ synonymous ทำให้กรดอะมิโนไม่เปลี่ยนแปลง, การเปลี่ยนแปลงแบบ missense แทนที่ด้วยกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน, และการเปลี่ยนแปลงแบบ nonsense นำไปสู่การสร้างรหัสหยุดก่อนกำหนด ผลกระทบเชิงหน้าที่ของการแทนที่แบบ missense ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ เช่น ความคล้ายคลึงทางเคมีของกรดอะมิโนที่ถูกแลกเปลี่ยน และการอนุรักษ์ตำแหน่งที่ได้รับผลกระทบในเชิงวิวัฒนาการ เครื่องมือคำนวณ เช่น SIFT ใช้ความคล้ายคลึงของลำดับและการอนุรักษ์เพื่อทำนายว่าการแทนที่นั้นสามารถทนได้หรือเป็นอันตราย (Kumar et et al., 2009; Chun & Fay, 2009)

Clinical relevance

รูปแบบมิสเซนส์คิดเป็นสัดส่วนจำนวนมากของรูปแบบที่มีความสำคัญไม่แน่นอนที่พบในการจัดลำดับทางคลินิก เนื่องจากเป็นการยากที่จะทำนายว่าการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนจะรบกวนการทำงานของโปรตีนหรือไม่ การตีความอาศัยหลักฐานหลายอย่าง — ความถี่ในประชากร, การอนุรักษ์, การทำนายด้วยคอมพิวเตอร์ (in silico), ข้อมูลการทำงาน, และการแยกตัว — ซึ่งรวมกันภายใต้กรอบการทำงานของ ACMG/AMP หัวข้อนี้อธิบายวิธีการระบุลักษณะและการตั้งชื่อรูปแบบดังกล่าว (HGVS) และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Epidemiology

การแทนที่นิวคลีโอไทด์เดี่ยวเป็นประเภทที่พบมากที่สุดของความแตกต่างของลำดับระหว่างจีโนมของมนุษย์ และส่วนสำคัญของการแทนที่ในส่วนที่ถอดรหัสที่บุคคลใดๆ มีอยู่นั้นคาดการณ์ว่าจะเป็นอันตรายต่อการทำงาน (Chun & Fay, 2009)

Evidence & guidelines

ฉันทามติของ ACMG/AMP (Richards et al., 2015) ระบุวิธีการให้น้ำหนักการทำนายด้วยคอมพิวเตอร์, การอนุรักษ์, ความถี่, และหลักฐานการทำงานเมื่อจัดประเภทมิสเซนส์และรูปแบบอื่นๆ ในขณะที่ระบบการตั้งชื่อ HGVS (den Dunnen et al., 2016) กำหนดมาตรฐานวิธีการเขียนการแทนที่

Debates

การทำนายด้วยคอมพิวเตอร์ควรมีน้ำหนักเท่าใด?

เครื่องมือทำนายพยาธิสภาพด้วยคอมพิวเตอร์สำหรับรูปแบบมิสเซนส์มีประโยชน์แต่ไม่สมบูรณ์แบบและมีความสัมพันธ์กันบางส่วน กรอบการทำงานที่เป็นฉันทามติถือว่าเป็นการสนับสนุน ไม่ใช่หลักฐานที่ชี้ขาด และเตือนให้ระมัดระวังการพึ่งพามากเกินไป

Seminal works

• kumar-2009
• richards-2015

Frequently asked questions

รูปแบบมิสเซนส์ทุกรูปแบบทำให้เกิดโรคหรือไม่?

ไม่ การแทนที่กรดอะมิโนหลายชนิดสามารถทนได้และไม่เป็นอันตราย ความสำคัญทางคลินิกจะถูกประเมินเป็นกรณีไปโดยใช้ความถี่ในประชากร, การอนุรักษ์, การทำนายด้วยคอมพิวเตอร์, การศึกษาการทำงาน, และข้อมูลการถ่ายทอดทางพันธุกรรม แทนที่จะพิจารณาเพียงสถานะมิสเซนส์เท่านั้น

ความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนแปลงแบบ synonymous และ missense คืออะไร?

การแทนที่แบบ synonymous (เงียบ) เปลี่ยนรหัสพันธุกรรมแต่ยังคงระบุกรดอะมิโนเดียวกัน ดังนั้นลำดับโปรตีนจึงไม่เปลี่ยนแปลง; การแทนที่แบบ missense เปลี่ยนรหัสพันธุกรรมเพื่อให้มีการรวมกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน