2) накоплению белкового продукта гена в цитоплазме
3) увеличению уровня транскрипции гена
4) синтезу аномального белкового продукта (+)
Экспансия тринуклеотидных повторов в кодирующей части гена изменяет последовательность открытой рамки считывания. Поскольку три нуклеотида соответствуют одному кодону и не нарушают последовательность считывания, увеличение числа повторов приводит к удлинению соответствующего аминокислотного участка белка: например, повтор CAG кодирует полиглутаминовый тракт, а GCN — полиаланиновый. Такой белок приобретает аномальные физико-химические свойства, может неправильно сворачиваться, образовывать внутриклеточные агрегаты и оказывать токсическое действие, поэтому правильным является вариант о синтезе аномального белкового продукта.
Наиболее известный пример — болезнь Хантингтона, обусловленная экспансией CAG-повторов в экзоне гена HTT и образованием патологического полиглутаминового белка. Аналогичный механизм характерен для ряда спиноцеребеллярных атаксий и других заболеваний с полиглутаминовой или полиаланиновой экспансией. Уровень транскрипции и трансляции при этом не обязан увеличиваться: основное нарушение связано с изменением структуры, стабильности, локализации и функции уже синтезируемого белка, то есть с токсическим приобретением функции, иногда сочетающимся с потерей нормальной функции.
Для подтверждения диагноза определяют число повторов в конкретном локусе и оценивают их соответствие патологическому диапазону; универсального порога для всех генов не существует. Применяют аллель-специфическую или repeat-primed ПЦР, фрагментный анализ, а при крупных экспансиях — Саузерн-блоттинг или методы длинных прочтений. Важное значение имеют мозаицизм, наличие прерываний повторов и увеличение их длины при передаче следующему поколению, что лежит в основе феномена генетической антиципации.
| Локализация и тип повтора | Основной молекулярный механизм | Примеры и диагностическое значение |
|---|---|---|
| Кодирующий экзон, CAG | Удлинение полиглутаминового участка, неправильное сворачивание и агрегация белка, токсическое приобретение функции | Болезнь Хантингтона, ряд спиноцеребеллярных атаксий; оценивают число CAG-повторов в соответствующем гене |
| Кодирующий экзон, GCN или сходные повторы | Формирование патологического полиаланинового или другого гомополимерного участка с нарушением структуры белка | Синдромы, связанные с генами ARX, PABPN1, HOXD13; клинический фенотип зависит от длины экспансии |
| 5′-нетранслируемая область | Метилирование промоторно-регуляторного региона, подавление транскрипции или нарушение инициации трансляции | Экспансия CGG в FMR1 при синдроме ломкой Х-хромосомы; патологический эффект преимущественно связан с дефицитом белка |
| Интрон | Токсичное действие РНК, нарушение процессинга и альтернативного сплайсинга либо снижение экспрессии гена | Экспансия GAA в FXN при атаксии Фридрейха, CCTG в CNBP при миотонической дистрофии 2-го типа |
| 3′-нетранслируемая область | Накопление патологической РНК и связывание белков, регулирующих сплайсинг и стабильность транскриптов | Экспансия CTG в DMPK при миотонической дистрофии 1-го типа; белковый продукт может быть количественно нормальным |
| Определение размера экспансии | Разграничение нормального, промежуточного, мутантного и, для некоторых локусов, мозаичного диапазонов | Используют repeat-primed ПЦР, капиллярный анализ, Саузерн-блоттинг или длинные прочтения; пороги зависят от гена |
Следовательно, решающим признаком экзонной экспансии является изменение аминокислотной последовательности, а не простое увеличение количества матричной РНК или белка. Тяжесть заболевания часто коррелирует с длиной повтора, однако зависит также от конкретного гена, тканевой экспрессии и соматической нестабильности. При выявлении патогенной экспансии необходимы медико-генетическое консультирование и обследование родственников с учетом риска антиципации.