การกลายพันธุ์บริเวณรอยต่อของการตัดแต่ง (Splice-Site Mutations)

การกลายพันธุ์บริเวณรอยต่อของการตัดแต่ง (splice-site mutations) ทำให้สัญญาณที่ควบคุมการกำจัดอินตรอนและการเชื่อมต่อเอกซอนระหว่างกระบวนการแปรรูปพรี-แมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ (pre-messenger RNA) หยุดชะงักลง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเกิดขึ้นที่ตำแหน่งผู้ให้ (splice donor) หรือผู้รับ (splice acceptor) หรืออาจสร้างหรือกระตุ้นตำแหน่งแฝง (cryptic site) ซึ่งอาจนำไปสู่การข้ามเอกซอน (exon skipping) การคงอยู่ของอินตรอน (intron retention) หรือการใช้ขอบเขตที่ผิดปกติ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในทรานสคริปต์ที่สมบูรณ์และโปรตีนที่ได้ แม้ว่าลำดับการถอดรหัสเองอาจดูเหมือนไม่เสียหายก็ตาม

Definition

การกลายพันธุ์บริเวณรอยต่อของการตัดแต่ง (splice-site mutation) คือการเปลี่ยนแปลงลำดับที่ขัดขวางสัญญาณที่ควบคุมการตัดแต่งพรี-เอ็มอาร์เอ็นเอ (pre-mRNA splicing) ซึ่งโดยทั่วไปคือไดนิวคลีโอไทด์ที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ที่ขอบเขตอินตรอน-เอกซอน (ผู้รับ) หรือเอกซอน-อินตรอน (ผู้ให้) หรือบริเวณควบคุมและตำแหน่งแฝงที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งนำไปสู่การตัดแต่งที่ผิดปกติ เช่น การข้ามเอกซอน การคงอยู่ของอินตรอน หรือการใช้ขอบเขตทางเลือก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการเปลี่ยนแปลงลำดับที่ส่งผลต่อการตัดแต่งอาร์เอ็นเอ (RNA splicing): การแปรผันที่ตำแหน่งผู้ให้และผู้รับที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ การเปลี่ยนแปลงในสัญญาณการตัดแต่งและจุดแตกแขนง (branch point) โดยรอบ และการแปรผันที่สร้างหรือกระตุ้นตำแหน่งการตัดแต่งแฝง นอกจากนี้ยังกล่าวถึงผลกระทบต่อทรานสคริปต์ที่สมบูรณ์ และความท้าทายในการทำนายและยืนยันผลกระทบของการตัดแต่ง นี่คือข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับกลไก ไม่ใช่แนวทางการจัดการทางคลินิก

Key concepts

• ตำแหน่งผู้ให้ (5') และผู้รับ (3') ของการตัดแต่ง
• ไดนิวคลีโอไทด์ GT-AG แบบดั้งเดิม
• จุดแตกแขนงและพอลีไพริมิดีนแทร็ก
• การข้ามเอกซอน
• การคงอยู่ของอินตรอน
• การกระตุ้นตำแหน่งการตัดแต่งแฝง
• ตัวเสริมและตัวยับยั้งการตัดแต่ง
• การยืนยันผลกระทบของการตัดแต่งในระดับอาร์เอ็นเอ

Mechanisms

การตัดแต่งจะกำจัดอินตรอนและเชื่อมต่อเอกซอนภายใต้การควบคุมของสไปลซิโอโซม (spliceosome) ซึ่งถูกชี้นำโดยสัญญาณลำดับที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ ได้แก่ ตำแหน่งผู้ให้ 5' (มักจะเริ่มต้นด้วย GT) ตำแหน่งผู้รับ 3' (มักจะลงท้ายด้วย AG) จุดแตกแขนง และพอลีไพริมิดีนแทร็ก (polypyrimidine tract) รวมถึงองค์ประกอบเสริมที่ช่วยเพิ่มและยับยั้ง (enhancer and silencer elements) การแปรผันในสัญญาณเหล่านี้อาจทำให้การจดจำตำแหน่งหายไป ทำให้สไปลซิโอโซมข้ามเอกซอนหรือคงอินตรอนไว้ หรืออาจสร้างหรือเสริมความแข็งแกร่งให้กับตำแหน่งแฝงที่ถูกนำมาใช้แทนตำแหน่งปกติ ทรานสคริปต์ที่ได้อาจมีกรอบการอ่านที่เปลี่ยนแปลงไปและจุดหยุดก่อนกำหนด อาจลบหรือเพิ่มสารตกค้างในกรอบ หรืออาจถูกย่อยสลาย ผลลัพธ์ที่แน่นอนมักจะแตกต่างจากการทำนายแบบง่ายๆ ดังนั้นผลกระทบของการตัดแต่งจึงมักได้รับการยืนยันในระดับอาร์เอ็นเอ (Scotti & Swanson, 2015; Sibley et al., 2016)

Clinical relevance

การแปรผันของการตัดแต่งเป็นสาเหตุสำคัญและบางครั้งอาจถูกมองข้ามของโรคทางพันธุกรรม รวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่อยู่นอกไดนิวคลีโอไทด์แบบดั้งเดิมและลึกเข้าไปในอินตรอน ซึ่งง่ายต่อการพลาดในการวิเคราะห์ที่เน้นการถอดรหัส เนื่องจากการทำนายผลกระทบของการตัดแต่งด้วยคอมพิวเตอร์ยังไม่สมบูรณ์ การประเมินการทำงานของทรานสคริปต์จึงมักถูกนำมาใช้เพื่อชี้แจงความสำคัญ หัวข้อนี้อธิบายว่าการแปรผันดังกล่าวทำงานและได้รับการประเมินอย่างไร และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กรอบการทำงาน ACMG/AMP (Richards et al., 2015) กล่าวถึงว่าผลกระทบของการตัดแต่งที่ทำนายและแสดงให้เห็นมีส่วนช่วยในการจำแนกประเภทการแปรผันอย่างไร และระบบการตั้งชื่อ HGVS (den Dunnen et al., 2016) ให้หลักปฏิบัติสำหรับการอธิบายการแปรผันในระดับดีเอ็นเอ และในระดับอาร์เอ็นเอที่ได้รับการยืนยันแล้ว

Debates

ความน่าเชื่อถือของการทำนายผลกระทบของการตัดแต่งจากลำดับเป็นอย่างไร?

การแปรผันที่ไดนิวคลีโอไทด์การตัดแต่งแบบดั้งเดิมมักจะก่อกวน แต่ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงในสัญญาณการตัดแต่งที่กว้างขึ้น บริเวณอินตรอนส่วนลึก และตำแหน่งแฝงที่เป็นไปได้นั้นยากที่จะทำนาย การศึกษาอาร์เอ็นเอเชิงหน้าที่มักจำเป็นเพื่อยืนยันว่าการตัดแต่งเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรและอย่างไร

Seminal works

• scotti-2015
• sibley-2016

Frequently asked questions

การแปรผันสามารถส่งผลต่อการตัดแต่งโดยไม่เปลี่ยนแปลงลำดับการถอดรหัสโปรตีนได้หรือไม่?

ได้ การแปรผันในอินตรอน ที่สัญญาณบริเวณรอยต่อของการตัดแต่ง หรือในองค์ประกอบควบคุม สามารถเปลี่ยนแปลงวิธีการเชื่อมต่อเอกซอน และดังนั้นจึงเปลี่ยนแปลงทรานสคริปต์และโปรตีนที่สมบูรณ์ได้ แม้ว่าจะอยู่นอกลำดับการถอดรหัสหรือดูเหมือนเป็นคำพ้องความหมายก็ตาม

เหตุใดบางครั้งจึงมีการทดสอบอาร์เอ็นเอสำหรับการแปรผันบริเวณรอยต่อของการตัดแต่ง?

เนื่องจากเครื่องมือคำนวณทำนายผลกระทบของการตัดแต่งได้ไม่สมบูรณ์ การตรวจสอบทรานสคริปต์จริง (เช่น โดยการจัดลำดับอาร์เอ็นเอ หรือการทดสอบการถอดรหัสย้อนกลับ) สามารถยืนยันได้ว่าเอกซอนถูกข้าม อินตรอนคงอยู่ หรือมีการใช้ตำแหน่งแฝงหรือไม่