點突變為何能影響表型？
莖環結構如何終止
基因點突變指只有一個鹼基對發生改變。基因點突變是基因突變的一種型別，是生物進化的動力來源之一，具有隨機性、低頻性和可逆性等特點。基因點突變所產生的基因組SNP變異是人類疾病發生、生理生化表型差異的內在原因之一。迄今，已有眾多的研究表明，點突變能使人類對癌症、聽力疾病、精神病等多種疾病的易感性增加。因而瞭解點突變作用機制對疾病治療與預防具有重要意義。
基因點突變可以發生在基因組任意位置上，能對蛋白質的生物學功能、基因的網路調控機制等產生影響。今天我們就看一看在基因組上不同區域發生的點突變是如何影響基因的功能和產生突變表型的。
在功能蛋白的編碼區發生的點突變
點突變發生在功能蛋白的基因編碼區中，這是我們所熟知的一種點突變的情況，能對多肽鏈中氨基酸序列產生影響。一般包括同義突變、錯義突變、無義突變和終止密碼突變。
1. 同義突變：
當鹼基置換後，變換成另一個密碼子。由於mRNA翻譯的過程中存在簡併密碼子，因而突變前、後密碼子所編碼的氨基酸不變，故實際上不會發生突變效應。例如DNA鏈中的“AGT”的第三位鹼基“T”突變為“C”，則mRNA的密碼子由“TCA”變為“TCG”。由於“TCA”和“TCG”都是編碼絲氨酸的密碼子，所以突變前後的蛋白質相同。
2. 錯義突變：
鹼基對的置換使mRNA的某一個密碼子變成編碼另一種氨基酸的密碼子的突變稱為錯義突變。錯義突變可導致機體內某種蛋白質或酶在結構發生改變，降低蛋白質的活性，甚至完全喪失功能。如較為熟悉的鐮刀型紅細胞貧血，其病因就是由於基因點突變所造成的。正常血紅蛋白β鏈的第六位是穀氨酸，其密碼子為GAA或GAG，如果第二個鹼基A被U替代，就變成GUA或GUG，穀氨酸則被纈氨酸所替代，形成異常的血紅蛋白S而發病。
3. 無義突變：
由於點突變使原先編碼氨基酸的密碼子變為終止密碼子，使得多肽鏈合成提前終止，產生沒有生物活性的多肽鏈。從而影響了原蛋白的生物學功能。
4. 終止密碼突變：
基因中一個終止密碼突變為編碼某個氨基酸的密碼子的突變稱為終止密碼突變。由於肽鏈合成直到下一個終止密碼出現才停止，因而合成了過長的多肽鏈。
在內含子區發生的點突變
內含子在真核生物中佔據很大的比例，其序列特效能提供剪下訊號來影響轉錄本的剪下加工。因而當點突變發生在內含子區時能影響剪下位點的活性，且可能影響轉錄本的剪下，繼而影響蛋白質序列，產生突變表型。
在基因調控區域的點突變
基因調控區域存在多種順式調控原件，如啟動子、增強子、衰減子等。這些順式調控原件是轉錄因子的結合位點，它們透過與轉錄因子結合而精確調控基因轉錄的起始和轉錄效率。如果點突變發生在這些區域中，就會導致與調控因子的結合能力發生改變，從而影響正常的基因表達。在研究TERT啟動子對黑色素瘤的調控機制時發現，TERT啟動子發生點突變會影響轉錄因子的結合活性，繼而改變下游基因的表達，從而促進黑色素瘤的發生
［1］
。
圖 1。 TERT啟動子突變後能提高轉錄活性
［1］
（a）TERT啟動子的點突變位點。chr5：1295228C>T（C228T）和chr5：1295250C>T（C250T）。（b）透過熒光素酶報告實驗檢測野生型和突變型的TERT啟動子活性。與A375、RPMI-7951、UACC-62、T24或HepG2細胞系中的野生型啟動子相比，這兩種突變在5種不同細胞系中的轉錄活性都增加了約2-4倍。
在基因間隔間的點突變
在功能基因的間隔存在眾多的非編碼RNA。這些非編碼RNA對下游的功能基因具有調控作用，當點突變發生在此處，則會影響非編碼RNA的生成和識別下游靶基因的能力，繼而影響下游功能基因的表達，產生突變表型。在人類miR-96突變引起非綜合徵性進行性聽力損失的報道中［2］，患者因miR-96成熟序列的第五個鹼基或第六個鹼基發生突變而產生聽力障礙。發生SNP突變的miR-96在莖環結構形成大的突起，使其無法大量表達（圖2），並且miR-96對靶基因mRNA的識別能力降低（圖3）。
圖2。 miR96點突變導致其前體穩定性降低而降低其表達量
［2］
（a）野生型和突變型的miR96前體（Pre-miR96）二級結構分析。突變型miR96前體的二級結構分別在第13或第14個鹼基處有突起，且miR96前體二級結構自由能上升（野生型Initial dG=-34。40，突變型Initial dG=-27。30或-27。80）。預測結果表明突變型miR96前體二級結構的穩定性降低。（b）RNA Blot檢測miR96成熟體的表達量。將野生型和突變型的miR96前體裝載進psiUx plasmid，並轉染HeLa cells表達miR96成熟體，透過設計特異性探針檢測其表達量。發現轉野生型miR96前體的HeLa cells的miR96成熟體表達量最高。表明突變型miR96前體二級結構的穩定性降低會影響miR96成熟體的表達量。
圖3。 miR96點突變導致其對靶基因的識別能力降低
［2］
（a）野生型和突變型miR96與靶基因mRNA的配對情況。（b）熒光素酶報告實驗驗證miR96點突變降低其對靶基因的識別能力。五個靶基因3’UTR靶區域序列裝載進pGL3載體中，透過共轉染野生型和突變型siR96計算熒光素酶活性。結果表明miR96點突變降低其對靶基因的識別能力。
作為基因改變相關疾病最主要的誘因，針對點突變的研究不論是在先天的遺傳疾病還是後天突變導致的腫瘤中都具有重要的意義。
由於人類疾病中基因產物並非總是如轉基因一樣的高表達，也不是像基因敲除一樣完全不表達。很多情況下只是由於單個或者少數幾個鹼基的改變而造成的蛋白結構改變，表現為非正常啟用或者抑制。
因此，構建精細的與疾病對應的點突變模型便成為了疾病臨床前研究的最佳方案。
參 考 文 獻：
［1］Horn S， Figl A， Rachakonda PS， et al。 TERT promoter mutations in familial and sporadic melanoma。 Science。 2013；339（6122）：959-961。
［2］Mencia A， Modamio-Hoybjor S， Redshaw N， et al。 Mutations in the seed region of human miR-96 are responsible for nonsyndromic progressive hearing loss ［J］。 Nature Genetics， 2009， 41 （5）： 609-613。
