点突变和错义变异

点突变是影响单个核苷酸的变化，通常是一个碱基被另一个碱基取代。当这种取代发生在蛋白质编码区时，它可能使氨基酸保持不变（同义）、改变氨基酸（错义）或产生一个终止密码子（无义）；错义变异，即一个氨基酸被另一个氨基酸取代，是疾病相关变化中最常见且最具解释挑战性的类别之一。

Definition

点突变是DNA序列中单个核苷酸的变化；错义变异是编码区中的一种点突变，它将一个密码子改变为指定不同氨基酸的密码子，从而改变蛋白质产物。

Scope

本主题涵盖编码序列中的单碱基取代及其在蛋白质水平上的后果分类：同义、错义和无义结果，重点是错义变异。它探讨了如何预测错义变化的功能影响以及如何对变异进行临床意义分级，将这些视为参考概念而非管理建议。无义和移码机制将在相关主题中详细介绍。

Key concepts

• 单核苷酸取代
• 转换与颠换
• 同义（沉默）变化
• 错义（非同义）变化
• 保守性与非保守性取代
• 计算机致病性预测（例如SIFT）
• 变异分类（ACMG/AMP）
• 进化保守性作为证据

Mechanisms

点突变通常是在DNA复制过程中作为碱基取代或未修复的损伤而产生的；取代被称为转换（嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶）或颠换（嘌呤到嘧啶或反之）。在编码序列中，其后果取决于遗传密码的冗余性：同义变化使氨基酸保持不变，错义变化取代了不同的氨基酸，而无义变化则引入了过早的终止密码子。错义取代的功能影响取决于交换氨基酸的化学相似性以及受影响位置的进化保守性等特性；SIFT等计算工具利用序列同源性和保守性来预测取代是可容忍的还是有害的（Kumar et al., 2009; Chun & Fay, 2009）。

Clinical relevance

错义变异在临床测序中遇到的不确定意义变异中占很大比例，因为预测氨基酸变化是否会破坏蛋白质功能是困难的。解释依赖于多方面的证据——群体频率、保守性、计算机预测、功能数据和分离——并结合ACMG/AMP框架。本主题描述了如何表征和命名这些变异（HGVS），而不是作为个体诊断或治疗决策的基础。

Epidemiology

单核苷酸取代是人类基因组之间序列差异中最多的类别，并且任何个体携带的大部分编码取代都被预测为具有功能性有害性（Chun & Fay, 2009）。

Evidence & guidelines

ACMG/AMP共识（Richards et al., 2015）规定了在分类错义和其他变异时如何权衡计算预测、保守性、频率和功能证据，而HGVS命名法（den Dunnen et al., 2016）则规范了取代的写法。

Debates

计算机预测应占多大比重？

错义变异的计算致病性预测有用但不完美，且彼此之间存在部分相关性；共识框架将其视为支持性而非决定性证据，并警告不要过度依赖。

Seminal works

• kumar-2009
• richards-2015

Frequently asked questions

每个错义变异都会致病吗？

不。许多氨基酸取代是可容忍且良性的。临床意义是根据群体频率、保守性、计算预测、功能研究和遗传数据，而不是仅仅根据错义状态逐案评估的。

同义变化和错义变化有什么区别？

同义（沉默）取代改变了密码子，但仍然指定相同的氨基酸，因此蛋白质序列不变；错义取代改变了密码子，从而掺入了不同的氨基酸。