Пропуск экзона
В молекулярной биологии пропуск экзонов — это форма сплайсинга РНК, используемая для того, чтобы заставить клетки «пропускать» дефектные или смещенные участки ( экзоны ) генетического кода, что приводит к усеченному, но все еще функциональному белку, несмотря на генетическую мутацию.
Механизм
[ редактировать ]Пропуск экзона используется для восстановления рамки считывания внутри гена. Гены представляют собой генетические инструкции по созданию белка и состоят из интронов и экзонов . Экзоны — это участки ДНК, содержащие набор инструкций для генерации белка; они перемежаются некодирующими областями, называемыми интронами. Интроны позже удаляются до образования белка, оставляя только кодирующие области экзонов.
Сплайсинг естественным образом происходит в пре-мРНК , когда интроны удаляются с образованием зрелой мРНК, состоящей исключительно из экзонов. Начиная с конца 1990-х годов ученые поняли, что могут воспользоваться этим естественным сращиванием клеток, чтобы свести генетические мутации к менее вредным. [1] [2]
Механизм пропуска экзона заключается в мутационно-специфическом антисмысловом олигонуклеотиде (АОН). Антисмысловой олигонуклеотид представляет собой синтезированный полимер короткой нуклеиновой кислоты, обычно длиной пятьдесят или менее пар оснований, который будет связываться с сайтом мутации в пре-мессенджерной РНК, чтобы вызвать пропуск экзона. [3] AON связывается с мутировавшим экзоном, так что, когда ген затем транслируется со зрелой мРНК, он «пропускается», восстанавливая таким образом нарушенную рамку считывания. [3] Это позволяет генерировать внутренне удаленный, но в значительной степени функциональный белок.
Некоторые мутации требуют пропуска экзонов в нескольких сайтах, иногда соседних друг с другом, чтобы восстановить рамку считывания. Множественный пропуск экзонов был успешно осуществлен с использованием комбинации AON, нацеленной на несколько экзонов. [4]
Для лечения мышечной дистрофии Дюшенна
[ редактировать ]Пропуск экзонов активно исследуется для лечения мышечной дистрофии Дюшенна (МДД), при которой мышечный белок дистрофин преждевременно усекается, что приводит к нефункционированию белка. Успешное лечение путем пропуска экзона может привести к образованию преимущественно функционального белка дистрофина и создать фенотип, аналогичный менее тяжелой мышечной дистрофии Беккера (МДБ). [1] [5]
В случае мышечной дистрофии Дюшенна белок, который подвергается риску, представляет собой дистрофин. [5] Белок дистрофин имеет два важных функциональных домена, которые фланкируют центральный домен палочки, состоящий из повторяющихся и частично ненужных сегментов. [6] Функция дистрофина заключается в поддержании стабильности мышечных волокон во время сокращения путем связывания внеклеточного матрикса с цитоскелетом. Мутации, нарушающие открытую рамку считывания дистрофина, приводят к преждевременному укорочению белков, которые не могут выполнять свою работу. Такие мутации приводят к повреждению мышечных волокон, замене мышечной ткани жировой и фиброзной тканью и преждевременной смерти, обычно наступающей у пациентов с МДД в возрасте около двадцати лет. [6] Для сравнения, мутации, которые не нарушают открытую рамку считывания, приводят к образованию белка дистрофина, который внутренне удален и короче нормального, но все еще частично функционален. Такие мутации связаны с гораздо более легкой мышечной дистрофией Беккера. Были описаны пациенты с легкой степенью поражения МПК, несущие делеции, которые затрагивают более двух третей центрального стержневого домена, что позволяет предположить, что этот домен в значительной степени не нужен.
Дистрофин может сохранять значительную степень функциональности до тех пор, пока основные терминальные домены не затронуты, а пропуск экзонов происходит только в пределах центрального стержневого домена. Учитывая эти параметры, пропуск экзонов можно использовать для восстановления открытой рамки считывания путем индуцирования удаления одного или нескольких экзонов в пределах центрального стержневого домена и, таким образом, преобразования фенотипа МДД в фенотип МПК.
Генетическая мутация, приводящая к мышечной дистрофии Беккера, представляет собой делецию в кадре . Это означает, что из 79 экзонов, кодирующих дистрофин, один или несколько средних могут быть удалены, не затрагивая экзоны, следующие за удалением. Это позволяет использовать более короткий, чем обычно, белок дистрофин, который сохраняет определенную функциональность. При мышечной дистрофии Дюшенна генетическая мутация выходит за рамки рамки. Мутации вне рамки считывания вызывают преждевременную остановку генерации белка – рибосома не может «прочитать» РНК после точки начальной ошибки – что приводит к сильно укороченному и полностью нефункциональному белку дистрофина. [6]
Цель пропуска экзона состоит в том, чтобы манипулировать паттерном сплайсинга так, чтобы мутация вне кадра стала мутацией в кадре, тем самым превращая тяжелую мутацию МДД в менее вредную мутацию МДД в кадре.
В 2016 году FDA США одобрило один препарат с пропуском экзона: этеплирсен (ExonDys51), морфолиноолигонуклеотид от компании Sarepta Therapeutics, нацеленный на экзон 51 дистрофина человека. Другой морфолино с пропуском экзона, голодирсен (Vyondys 53) (нацеленный на экзон 53 дистрофина), был одобрен в США в декабре 2019 года. [7] Третий антисмысловой олигонуклеотид , вилтоларсен (Вилтепсо), нацеленный на экзон 53 дистрофина, был одобрен для медицинского использования в США в августе 2020 года. [8]
| лекарство | экзон | компания | UD одобрение FDA |
|---|---|---|---|
| если ты теплирсен | 51 | Сарепта | Сентябрь 2016 г. |
| Голодирсен | 53 | Сарепта | декабрь 2019 г. |
| дикий ларсен | 53 | НС Фарма | август 2020 г. |
| Казимерсон | 45 | Сарепта | март 2021 г. |
Генетическое тестирование , обычно на основе образцов крови, может использоваться для определения точной природы и местоположения мутации МДД в гене дистрофина. Известно, что эти мутации группируются в областях, известных как «горячие точки» — преимущественно в экзонах 45–53 и в меньшей степени в экзонах 2–20. [4] Поскольку большинство мутаций МДД происходит в этих «горячих точках», лечение, вызывающее пропуск этих экзонов, может использоваться для лечения до 50% пациентов с МДД. [4] [5] [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Валь М. (1 октября 2011 г.). «Пропуск экзонов при МДД: что это такое и кому это может помочь?» . Интернет-журнал «Квест» .
- ^ Гойенвалле А., Вулин А., Фужерус Ф., Летюрк Ф., Каплан Х.К., Гарсия Л., Данос О. (декабрь 2004 г.). «Спасение дистрофических мышц посредством пропуска экзона, опосредованного U7 snRNA» . Наука . 306 (5702): 1796–9. Бибкод : 2004Sci...306.1796G . дои : 10.1126/science.1104297 . ПМИД 15528407 . S2CID 9359783 .
- ^ Перейти обратно: а б Хардинг П.Л., Фолл А.М., Ханиман К., Флетчер С., Уилтон С.Д. (январь 2007 г.). «Влияние длины антисмыслового олигонуклеотида на пропуск экзона дистрофина» . Молекулярная терапия . 15 (1): 157–66. дои : 10.1038/sj.mt.6300006 . ПМИД 17164787 .
- ^ Перейти обратно: а б с Аартсма-Рус А, Фоккема И, Вершуурен Дж, Гиндьяар И, ван Дойтеком Дж, ван Оммен Г.Дж., ден Даннен Дж.Т. (март 2009 г.). «Теоретическая применимость антисмыслового пропуска экзонов при мутациях мышечной дистрофии Дюшенна» . Человеческая мутация . 30 (3): 293–9. дои : 10.1002/humu.20918 . ПМИД 19156838 . S2CID 45979175 .
- ^ Перейти обратно: а б с Что такое пропуск экзонов и как это работает? Архивировано 8 декабря 2014 г. в рамках кампании по борьбе с мышечной дистрофией Wayback Machine . Нп, 11 июля 2009 г. Интернет. 05 ноября 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Аартсма-Рус А, ван Оммен Г.Дж. (октябрь 2007 г.). «Антисмысловой пропуск экзонов: универсальный инструмент с терапевтическим и исследовательским применением» . РНК . 13 (10): 1609–24. дои : 10.1261/rna.653607 . ЧВК 1986821 . ПМИД 17684229 .
- ^ «FDA предоставляет ускоренное одобрение первому таргетному лечению редкой мутации мышечной дистрофии Дюшенна» . США Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) (пресс-релиз). 12 декабря 2019 года. Архивировано из оригинала 13 декабря 2019 года . Проверено 12 декабря 2019 г.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . - ^ «FDA одобрило таргетное лечение редкой мутации мышечной дистрофии Дюшенна» . США Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) (пресс-релиз). 12 августа 2020 г. Проверено 12 августа 2020 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ ван Дойтеком Дж.К., ван Оммен Г.Дж. (октябрь 2003 г.). «Достижения в генной терапии мышечной дистрофии Дюшенна». Обзоры природы. Генетика . 4 (10): 774–83. дои : 10.1038/nrg1180 . ПМИД 14526374 . S2CID 207859539 .
