dominant negative effective在基因突变中的潜在作用

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所属分类:Genomics

在前段时间基迪奥的一位技术员和一个研究突变的老师交流谈起一个奇怪的现象:

1)材料是一个点突变体,突变没有显著改变目标基因的表达量,但新产生了两种可变剪切,即可能产生两种新的蛋白质同源异构体(isoform)
2)点突变导致了一种缺陷表型。但点突变体缺陷的严重程度居然高于基因敲除株(T-DNA插入突变)

这就产生了一个悖论,既然突变体基因还在表达,即使蛋白已经失活,理论上缺陷程度也不可能比敲除株还严重(基因敲除,理论上蛋白完全失活)。我们技术小组讨论后,发现了一个潜在的原因——dominant negative effective。

【先科普一下Dominant negative effective】

其百度百科的解释是指显性负效应,即某些信号转导蛋白突变后不仅自身无功能,还能抑制或阻断同一细胞内的野生型信号转导蛋白的作用,这种作用被称为显性负效应。具有显性负效应的突变体被称为显性负性突变体(dominant negative mutant)。机理是突变型蛋白和相关蛋白形成无功能的二聚体,野生型蛋白功能被抑制。

Dominant negative 是遗传学中的专用术语,中文的标准翻译应该是"显性失活"。从字面上理解,一个基因的两条等位基因中,有一个等位基因发生突变就能造成疾病(或者产生异常的生物学效应),那么这种突变称之为显性的(dominant),常染色体显性遗传病的基础一般都是显性突变。
经典的Dominant negative 一般需要3个条件:

(1)突变是显性的,也就是生物体内基因组上野生型的等位基因与突变的等位基因分子数为1:1;

(2)突变不能影响mRNA以及成熟蛋白的稳定性,也就是突变的蛋白亦会表达;

(3)突变的蛋白一定要与野生型蛋白相互结合(或者称之为直接作用)而且影响到野生型蛋白的功能。
最典型的例子就是各类自身会形成多聚体的蛋白,以二聚体蛋白为例,如果突变的蛋白与野生型按1:1进行相互作用的话,能检测到的正常蛋白的功能通常要远远低于正常的50%,这是因为突变蛋白无论与野生型还是突变蛋白自身结合,最终都将是功能丧失。
但Dominant negative 实际上还可能有一种延伸:突变蛋白A能与野生型蛋白a竞争性结合蛋白B。突变蛋白A无功能但可能结合活性更强,产生竞争性抑制,导致野生型蛋白a和蛋白B都无法发挥正常的生物学功能,产生Dominant negative 现象。
从knock down技术的角度来讲,实际上Dominant negative 和 RNAi的效应非常相似,两者各有优缺点,可以很好相互补充。

【回到老师的问题】

为什么点突变株比基因敲除株有更严重的突变表型?因为生物体内很多基因都存在基因家族,当一个基因的失活,家族中其他基因往往会产生代偿性表达来弥补。这个案例中,突变基因所属的基因家族共有两个基因(A1和A2)。所以敲除一个基因A1后,实际上还会有另一个基因A2进行代偿性表达。但点突变产生的无功能的A1蛋白同源异构体,则可能会与A2产生竞争性抑制,影响整个基因家族所在代谢通路的调控,产生更严重的缺陷。

对于这样的情况,基迪奥给出的可以考虑的解决方案包括:
1) 利用RNA-seq技术,比较野生型、点突变株、单敲除株的基因表达量,观测突变基因家族相关代谢通路的表达量变化是否符合表型变化。
2) 制作双敲除株,将这个基因家族整体敲除,来验证以上假设;
3) 克隆突变产生的新转录本(可变剪切),再转基因导入野生型植株,来验证以上假设.

本文来自我基迪奥官网热点消息:http://www.genedenovo.com/news/115.html

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