突变位点在非编码区，这可怎么办？

在从临床样本出发的研究中，我们常常碰到这样的情况：某个基因的突变位点（或者SNP，在后文中统一用突变表示）与疾病进展有显著相关性，在分子机制研究的五个层次，你的研究在哪个层次？一文中，我们说第一层相关性是比较弱的逻辑关系，基因突变与疾病进展两个因素之间有相关性，基因突变可能是疾病进展的原因（“Driver” mutation）或者结果。

我们知道当基因突变发生在编码区，并且由于突变导致编码蛋白序列产生差异，从而导致疾病进展是完全可以解释，并有成熟研究套路的。理论基础比较简单：序列改变结构，结构改变功能，功能异常导致疾病。为了证明中间的因果关系，一般需要结合生物信息学预测（核酸序列改变如何改变蛋白序列、蛋白二级、三级结构）、功能实验（从体外细胞和体内动物水平对基因序列进行干预，并进行疾病对应的表型和指标检测）和分子实验（蛋白序列结构的改变导致疾病相通路和分子异常）来阐述。这一点大家应该可以理解。

但是如果基因突变的位点正好在基因非编码区，或者在编码区却没有改变蛋白的序列（比如氨基酸密码子的简并性：比如ACU,ACC,ACA,ACG都是苏氨酸的密码子），临床统计结果强烈提示两者有相关性，而功能实验也确实证明了这个位点影响了细胞与动物表型，那机制该怎么解释呢？

个人认为解释这种构突变和疾病进展的一个关键词就是：结合，就是说即使蛋白序列没有变化，只要该位点的变化导致了与之结合的分子功能异常即可，这里的结合分子可以是蛋白、RNA或者DNA。

上面的内容大家看起来可能有些空洞，我们展开来说明：

1. 突变位点位于mRNA 3'UTR区，影响microRNA对其结合，导致mRNA 降解受阻，mRNA表达上升。同样这种模式也适用于lncRNA。

我们以肿瘤为例，正常情况下癌基因A的mRNA被microRNA B结合和降解，我们知道microRNA与mRNA结合一般是mRNA的3'UTR区（对应microRNA的“种子”区），当突变位点坐落于这个位置时，本来是A的序列变成了G，导致microRNA与mRNA的结合受阻，癌基因A mRNA被降解减少，表达上调，肿瘤发生。

这个例子说明的是突变位点影响到了RNA与RNA的结合。

相关文章：

2. 突变位点位于转录因子的结合位点，从而导致转录因子不能（或者减弱）参与基因转录调控。这里突变包括胞嘧啶C的出现或者以及胞嘧啶C的进一步甲基化修饰影响转录因子的结合。

比如：转录因子TF通过促进抑制癌基因B的转录抑制肿瘤发生，这个过程要求转录因子TF首先结合到基因B DNA上的一段序列上（转录因子结合位点，图中的CATA），如果突变位点正好位于转录因子结合位点上（上图中的红色A变为了T），这时转录因子与序列的结合就会变弱；甚至当A变为了C，而胞嘧啶C又进一步被甲基化变为Cm后，可能转录因子与新序列CCmTA的结合就会被完全阻断；最终结果是抑癌基因B转录被抑制，肿瘤发生。

这个例子说明的是突变位点影响到了蛋白与DNA的结合。

相关文章：

3. 突变位点影响到可变剪接过程，从而调控不同转录本的平衡；

关于可变剪接我们以前介绍过很多，一个基因的pre-mRNA经过剪接这个步骤会产生多条成熟的mRNA，而不同的mRNA功能可能类似，比如活性有高有底，也有可能完全相反。另外我们知道最近比较热的一类非编码RNA——环状RNA，也可能被剪接出来，比如正常情况下剪接出mRNA，疾病情况下剪接出circRNA。

这里我们考虑一个比较极端的例子：基因A的两条转录本A1和A2的功能是完全相反的，比如A1是癌基因，A2是抑癌基因。那么正常情况下A2起主导作用，而突变位点正好影响到了可变剪接这个过程，从而导致A2不再产生，而A1却被大量剪接出来，导致肿瘤发生。

这个例子说明的是突变位点影响到了蛋白与RNA的结合。

相关文章：

举了上面三个例子，我想大家应该能想到这点：当突变位点不能导致蛋白序列发生变化时，仍然可以从RNA或者DNA水平说明突变位点所造成的影响。

尽管我们只举了microRNA、转录因子和可变剪接这三个例子，大家完全可以展开考虑，比如突变位点影响到：

• lncRNA-mRNA的结合，从而影响mRNA的稳定性；

• lncRNA对DNA的结合，影响基因的表观调控；

• lncRNA对RNA结合蛋白（RBP）的结合；

• RNA的二级结构；

• RNA的定位等等。

最后需要说明一点：在很多情况下，单个碱基的改变并没有什么卵用，对影响分子之间的结合起效甚微，所以在做机制前一定要先做功能实验证明。

That’s all. Thank you!

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