Các biến thể cắt nối và đột biến điều hòa

Các biến thể cắt nối và đột biến điều hòa ảnh hưởng đến cách một gen được xử lý hoặc biểu hiện thay vì thay đổi trực tiếp trình tự axit amin. Các biến thể cắt nối làm gián đoạn cách các intron được loại bỏ và các exon được nối lại, trong khi các đột biến điều hòa làm thay đổi các vùng khởi động (promoter), vùng tăng cường (enhancer) hoặc các yếu tố không mã hóa khác kiểm soát thời điểm và mức độ phiên mã của gen. Cả hai đều khó giải thích hơn so với các thay đổi mã hóa vì tác động của chúng là gián tiếp.

Definition

Biến thể cắt nối là một thay đổi DNA làm thay đổi sự nhận diện các vị trí cắt nối hoặc các yếu tố điều hòa cắt nối, làm thay đổi cách một bản phiên mã được lắp ráp; đột biến điều hòa là một thay đổi trong một yếu tố kiểm soát không mã hóa như vùng khởi động hoặc vùng tăng cường làm thay đổi biểu hiện gen thay vì trình tự protein.

Scope

Mục này bao gồm các hậu quả phân tử của các biến thể làm thay đổi quá trình cắt nối, loại biến thể điều hòa không mã hóa rộng hơn, các công cụ tính toán và thực nghiệm được sử dụng để đánh giá chúng, và lý do tại sao các loại này đặt ra những thách thức giải thích riêng biệt. Đây là một chủ đề tham khảo về phương pháp luận, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các biến thể làm gián đoạn quá trình cắt nối RNA bình thường như thế nào và hậu quả bản phiên mã là gì?
• Các biến thể điều hòa (không mã hóa) là gì và chúng làm thay đổi biểu hiện gen như thế nào?
• Các tác động cắt nối và điều hòa được dự đoán và kiểm tra như thế nào?
• Tại sao các biến thể này khó phân loại hơn so với các thay đổi mã hóa?

Key concepts

• Biến thể tại vị trí cắt nối chuẩn
• Bỏ qua exon và giữ lại intron
• Các yếu tố điều hòa cắt nối
• Các biến thể vùng khởi động và vùng tăng cường
• Biến thể không mã hóa
• Các công cụ dự đoán cắt nối
• Xác nhận ở cấp độ RNA

Mechanisms

Các biến thể tại các vị trí cho và nhận cắt nối chuẩn, hoặc trong các yếu tố điều hòa cắt nối gần đó, có thể gây ra bỏ qua exon, giữ lại intron, hoặc sử dụng các vị trí cắt nối ẩn, tạo ra các bản phiên mã bất thường có thể bị phân hủy hoặc tạo ra protein bất thường — một con đường chính dẫn đến bệnh được tóm tắt trong các bài đánh giá về lỗi cắt nối RNA (Scotti & Swanson, 2016). Các biến thể điều hòa trong các vùng khởi động, vùng tăng cường và các yếu tố không mã hóa khác thay đổi mức độ hoặc ngữ cảnh phiên mã; tác động của chúng lan tỏa và đã được xây dựng trong các mô hình trong đó nhiều locus điều hòa đóng góp các tác động nhỏ vào các đặc điểm phức tạp (Boyle et al., 2017). Bởi vì hậu quả là gián tiếp, việc giải thích dựa vào các công cụ dự đoán tính toán — bao gồm các mô hình học sâu dự đoán tác động cắt nối từ trình tự chính (Jaganathan et al., 2019) — và, nếu có thể, xác nhận ở cấp độ RNA. Các khung phân loại công nhận dự đoán cắt nối là một bằng chứng tính toán trong khi nhấn mạnh xác nhận chức năng (Richards et al., 2015).

Clinical relevance

Các biến thể làm thay đổi quá trình cắt nối và điều hòa góp phần vào các bệnh di truyền và mắc phải và ngày càng được báo cáo, vì vậy việc hiểu tại sao chúng khó giải thích là một phần của việc đánh giá các phát hiện phân tử. Mục này giải thích các cơ chế và logic đánh giá; nó không cung cấp hướng dẫn giải thích hoặc điều trị cá nhân hóa.

Evidence & guidelines

Dự đoán cắt nối bằng máy tính được coi là bằng chứng hỗ trợ trong khung ACMG/AMP, nhấn mạnh việc xác nhận bằng các nghiên cứu chức năng hoặc RNA (Richards et al., 2015). Các công cụ dự đoán cắt nối học sâu đã cải thiện việc ưu tiên các biến thể làm thay đổi quá trình cắt nối tiềm năng (Jaganathan et al., 2019).

History

Các đột biến tại vị trí cắt nối đã được công nhận là một trong những nguyên nhân phân tử sớm nhất của bệnh di truyền, nhưng việc giải thích có hệ thống các biến thể cắt nối không chuẩn và biến thể điều hòa không mã hóa đã chậm hơn so với phân tích mã hóa. Chú thích chức năng toàn bộ bộ gen và gần đây hơn là các công cụ dự đoán học máy dựa trên trình tự đã mở rộng khả năng đánh giá các biến thể này (Jaganathan et al., 2019).

Debates

Các dự đoán tính toán có thể thay thế bao nhiêu cho việc xác nhận chức năng của các tác động cắt nối?

Các công cụ dự đoán cắt nối in silico xác định các biến thể tiềm năng một cách hiệu quả, nhưng các dự đoán có thể sai, và các khung vẫn tiếp tục kêu gọi xác nhận ở cấp độ RNA hoặc chức năng trước khi một tác động cắt nối được coi là bằng chứng mạnh mẽ.

Seminal works

• scotti-2016
• jaganathan-2019

Frequently asked questions

Tại sao các biến thể cắt nối và điều hòa khó giải thích hơn các biến thể mã hóa?

Tác động của chúng là gián tiếp — lên cách một bản phiên mã được lắp ráp hoặc mức độ biểu hiện của gen — thay vì thay đổi axit amin trực tiếp, vì vậy việc đánh giá chúng thường đòi hỏi dự đoán tính toán cộng với xác nhận ở cấp độ RNA hoặc chức năng.

Biến thể tại vị trí cắt nối chuẩn là gì?

Đó là một thay đổi tại các vị trí cho hoặc nhận được bảo tồn cao ở ranh giới intron; các biến thể như vậy thường làm gián đoạn quá trình cắt nối và thường được coi là bằng chứng mạnh mẽ về tính gây bệnh khi cơ chế của gen hỗ trợ điều đó.