在遺傳學中,無義突變是一種點突變,會在DNA序列中產生一個無義密碼子,或者在轉錄的mRNA中導致一個過早的終止密碼子,這會導致蛋白質產物的縮短和不完整,可能還是非功能性的。這種突變不是總是有害的;無義突變的功能影響取決於許多方面,例如停止密碼子在編碼DNA中的位置。這些突變不僅影響蛋白質的生成,也可能與多種疾病相關。
“大約10%面臨遺傳疾病的患者與無義突變有關,這些突變可能導致多種疾病,包括杜興肌肉萎縮症、囊腫性纖維化、脊髓性肌肉萎縮症等。”
舉例來說,某些基因的無義突變會導致重要蛋白質的檢測和功能喪失。例如,Duchenne肌肉萎縮症是一個與無義突變有關的情況,突變使得生成的蛋白質在早期結束,從而減少健全蛋白質的產量。
無義突變的影響可能分為幾種不同的情況。大多數無義突變被認為是對生物體有害的,因為它們造成的突變可能在基因編碼的蛋白質中產生結構或功能缺陷,從而影響細胞生物學的正常運作。
“有害的無義突變會降低生物體的整體適應能力及繁殖成功率。”
然而,也存在中立的無義突變,這些突變對生物體的影響不明顯,甚至沒有顯著益處或傷害。這通常發生在距離原本終止密碼子非常接近的位置,這樣的突變對蛋白質的總體結構或功能影響不大。
在體內,無義突變引起的截短蛋白質通常不會產生,這是因為許多生物—包括人類及其他生物如酵母—會利用無義介導的mRNA降解途徑來降解含有無義突變的mRNA。而針對無義突變的治療方法目前也在不斷探索中,科學家正在研究如何抑制nonsense介導的mRNA降解,或促進在轉譯過程中遇到的過早終止密碼子的延續。
“針對無義突變導致的疾病的療法致力於通過減少NMD的有效性來重新建立野生型功能。”
目前針對無義突變相關疾病的治療策略包括使用抗體寡核苷酸來干擾NMD表達以及改變轉譯的終止過程。此外,CRISPR-Cas9技術也可用於生成氨基酸密碼子來替換終止密碼子,使得編輯的成功率達到一定的效果。
不過,這些策略仍在探索階段,並且在不同的細胞環境中反應也會有所不同。例如,Ataluren
這種小分子藥物已被中國和歐洲經濟區批准用於治療杜興肌肉萎縮症,但其他試驗如針對囊腫性纖維化的治療卻沒有達到預期效果。
隨著對無義突變理解的不斷深入,我們是否能更好地找到有效的治療策略來對抗由這些突變引起的疾病呢?