Кіріспе
Тринуклеотидтік қайталанулардың санын ұлғайтатын ДНҚ мутациясы Тринуклеотидтік қайталанулардың кеңейуі, сондай-ақ үштік қайталанудың кеңейуі деп аталады, бұл тринуклеотидтік қайталанулардың бұзылуы ретінде саналатын кез келген бұзылысты тудыратын ДНҚ мутациясы. Бұл динамикалық генетикада динамикалық мутациялар деп аталады. Үштік кеңейуі ДНК репликациясы кезінде тайғанудан пайда болады, ол "көшірме таңдау" ДНК репликациясы деп те аталады. Бұл аймақтардағы ДНҚ тізбектерінің қайталанатын сипатына байланысты, синтезделетін аталық жіп пен қыздық жіп арасындағы қосымша негізді жұптастыруды сақтай отырып, ДНҚ репликациясы кезінде "болып шығу" құрылымдары пайда болуы мүмкін. Егер циклдік құрылым қызыл жіптегі реттілікпен қалыптаса, онда қайталану саны артады. Алайда, егер аталық жіпте циклдік құрылым қалыптаса, қайталану саны азаяды. Бұл қайталанулардың ұлғаюы азайтудан гөрі жиірек кездесетін көрінеді. Жалпы алғанда, олардың ауруды тудыратын немесе аурудың ауырлығын арттыратын ықтималдығы кеңейген сайын артады. Кеңейту мен қысқартудың басқа да ұсынылған механизмдері РНК және ДНҚ молекулаларының өзара әрекеттесуін қамтиды. ДНК репликациясы кезінде орын алумен қатар, тринуклеотидтердің қайталану экспансиясы ДНК-ның жөндеуі кезінде де орын алуы мүмкін. ДНК тринуклеотидтік қайталау тізбегі зақымдалған кезде, оны гомологтық рекомбинация, гомолог емес ұшты біріктіру, сәйкессіздікті жөндеу немесе базалық экзиция жөндеу сияқты процестер арқылы жөндеуге болады. Бұл процестердің әрқайсысы ДНК синтезінің бір сатысын қамтиды, онда жіптің сырғанауы болуы мүмкін, бұл тринуклеотидтің қайталануына әкеледі. Адамның басқа аурулары үштік қайталану кеңейуі болып табылады: нәзік X синдромы, бірнеше спиноцеребеллалық атаксиялар, миотоникалық дистрофия және Фридрейх атаксиясы. ТНР-нің аурудың пайда болуына байланысты келесі нәтижелер қолдау көрсетті; осы аурулардағы әртүрлі қайталанулар осы байланысты көрсетті. 1991 жылы нәзік X синдромы үшін нәзік X ақыл-ой кемістігі 1 (FMR 1) генінің 5' аудармасыз аймағында (UTR) CGG кеңейуі бар екені анықталды. Сонымен қатар, X байланысы бар омыртқалық және бульбарлық бұлшық еттер атрофиясының (SBMA) тізбектерінде CAG кеңейуі анықталды. SMBA - қайталануы мүмкін аурулардың кіші санаты болып табылатын алғашқы "CAG / полигутаминді" ауру. 1992 жылы 1- типті миотоникалық дистрофия (DM1) кезінде миотоникалық дистрофияның протеинкиназасының (DMPK) 3' UTR- інде CTG кеңейуі анықталды. 1993 жылы Хантингтон ауруы (ХВ) үшін эксонның 1-кодтау тізбекінде әдеттегіден ұзақ CAG қайталануы табылды. Осы жаңалықтардың арқасында аурудың алдын алу туралы идеялар пайда бола бастады, және оның себептері ТНР-мен қалай байланысты болуы мүмкін екендігі туралы қызығушылық пайда болды. ТНР-ді аурудың пайда болуына байланысты дәлелдер табылғаннан кейін он жыл ішінде аурулардың қайталану ұзақтығын және динамикасын зерттеуге, сондай-ақ ата-аналар мен балалардың ауруды мұралау механизмін зерттеуге баса назар аударылды. Бұл зерттеуден басқа, аурулардың басқа бір ерекшелігі - аурудың басталуының жоғары өзгеруі анықталды. Қазіргі уақытта CAG қайталану ұзақтығы ТНР ауруларының басталу жасын ең үлкен өзгертетін фактор болып саналады. ТНР-ді анықтау технология мен әдістердің шектеулі болуымен қиын болды, ал қайталануды өлшеудің жеткілікті әдістері жасалмайынша жылдар өтті. Содан бері жылдар бойы нақты әдістер қалыптасты. Келесі клиникалық қажетті протоколдар TNR- ді өлшеуде 99% - ға дәлдікке ие. CGG қайталауын өлшеу үшін оңтүстік блоттар қолданылады, өйткені CG бай аймақтар ПТР-де полимераза қозғалысын шектейді.
A trinucleotide repeat expansion, also known as a triplet repeat expansion, is the DNA mutation responsible for causing any type of disorder categorized as a trinucleotide repeat disorder. These are labelled in dynamical genetics as dynamic mutations. Triplet expansion is caused by slippage during DNA replication, also known as "copy choice" DNA replication. Due to the repetitive nature of the DNA sequence in these regions, 'loop out' structures may form during DNA replication while maintaining complementary base pairing between the parent strand and daughter strand being synthesized. If the loop out structure is formed from the sequence on the daughter strand this will result in an increase in the number of repeats. However, if the loop out structure is formed on the parent strand, a decrease in the number of repeats occurs. It appears that expansion of these repeats is more common than reduction. Generally, the larger the expansion the more likely they are to cause disease or increase the severity of disease. Other proposed mechanisms for expansion and reduction involve the interaction of RNA and DNA molecules. In addition to occurring during DNA replication, trinucleotide repeat expansion can also occur during DNA repair. When a DNA trinucleotide repeat sequence is damaged, it may be repaired by processes such as homologous recombination, non homologous end joining, mismatch repair or base excision repair. Each of these processes involves a DNA synthesis step in which strand slippage might occur leading to trinucleotide repeat expansion. Other human diseases in which triplet repeat expansion occurs are fragile X syndrome, several spinocerebellar ataxias, myotonic dystrophy and Friedreich's ataxia. The following findings of served as support for TNR's link to onset of disease; the detection of various repeats within these diseases demonstrated this relationship. In 1991, for fragile X syndrome, the fragile X mental retardation 1 (FMR 1) gene was found to contain a CGG expansion in its 5' untranslated region (UTR). In addition, a CAG expansion was located in X linked spinal and bulbar muscular atrophy (SBMA) sequences. SMBA is the first "CAG / polygutamine" disease, which is a subcategory of repeat disorders. In 1992, for myotonic dystrophy type 1 (DM1), CTG expansion was found in the myotonic dystrophy protein kinase (DMPK) 3' UTR. In 1993, for Huntington's disease (HD), a longer than usual CAG repeat with was found in the exon 1 coding sequence. Because of these discoveries, ideas involving anticipation in disease began to develop, and curiosity formed about how the causes could be related to TNRs. During the decade after evidence that linked TNR to onset of disease was found, focus was placed on studying repeat length and dynamics on diseases, as well as investigating the mechanism behind parent child disease inheritance. In addition to this finding, another aspect of the diseases, the high variability of onset, was revealed. Currently, CAG repeat length is considered the biggest onset age modifier for TNR diseases. Detection of TNRs was made difficult by limited technology and methods early on, and years passed before the development of sufficient ways to measure the repeats. Since then, accurate methods have been established over the years. Together, the following clinically necessary protocols have 99% accuracy in measuring TNRs. Southern blots are used to measure CGG repeats because CG rich regions limit polymerase movement in PCR.
Жалпы құрылым
Бұл қайталанатын реттіліктер белгілі бір қайталанулар шегіне жеткеннен кейін ДНК желілерінің тұрақсыздығына әкеледі, бұл репликация кезінде ДНК-ның тайғануына әкелуі мүмкін. Ең көп таралған және белгілі үштік қайталанулар - CAG, GCG, CTG, CGG және GAA. ДНҚ репликациясы кезінде синтезделетін жіп өзінің үлгілік жіптерімен осы үштік қайталанулардың динамикалық табиғаты мен икемділігіне байланысты дұрыс емес орналасуы мүмкін. Бұл тайғану желіге базалық жұптасу арқылы тұрақты аралық табуға мүмкіндік береді, бұл дуплекстен басқа екінші құрылымды құрайды. 5' трансляцияланбаған аймақта CGG және CAG қайталанулары кездеседі және олар нәзік X синдромы мен спиноцеребеллалық атаксия үшін жауапты.
Аралық заттар
Қайталану реттілігіне байланысты, кем дегенде үш аралық әр түрлі екінші құрылыммен қалыптасады. CGG қайталануы Hoogsteen негіздерінің жұпталуынан G квадроплексін құрайды, ал GAA қайталануы теріс суперкулингтен триплекс құрайды. Тіпті сандағы қайталанулар тетралупа құрылымын құрайды, ал тақ санда трилупаның пайда болуына әкеледі.
Келесі:
Тринуклеотидтердің қайталануының кеңейуінде тізбек тұрақсыз болып кету алдында болатын қайталанулардың белгілі бір шегі немесе ең көп саны бар. Осы шекке жеткеннен кейін қайталанулар тез кеңейе бастайды, бұл болашақ ұрпақтарда ұзағырақ және ұзағырақ кеңейулерге әкеледі. Аллельдің ең төменгі мөлшері 30-40 рет қайталанатын болса, онда аурулар мен тұрақсыздық пайда болуы мүмкін, бірақ егер бір тізбекте қайталану саны шектен төмен болса, ол салыстырмалы түрде тұрақты болады. Бұл тринуклеотидтердің кеңейуіне әкеледі.
Ата-ананың ықпалы
Зерттеулер мутацияны өткізетін ата-ананың жынысы мен баланың бұзылуының дәрежесі мен фенотипі арасында тікелей, маңызды байланыс бар екенін көрсетеді. Қайталанудың дәрежесі және кеңейтудің болуы немесе болмауы кодталмаған және кодталған тринуклеотидтік қайталану бұзылыстарында таратушы ата-ананың жынысына тікелей байланысты. Тринуклеотидтің қайталану экспансиясының бұл берілуі "мейотикалық тұрақсыздықтың" нәтижесі деп есептелетін болса да, мейоздың бұл процесте рөл атқаратын дәрежесі және механизмі анық емес және көптеген басқа процестер бір мезгілде осы процесте рөл атқарады деп болжанады. Бұл кемшілік мидың дамуы үшін қажетті FMRP деп аталатын белокты өндіретін FMR1 генінің (Fragile X Mental Retardation Gene) X хромосомасының соңында пайда болған мутациядан туындайды. 53-тен 200-ге дейінгі аралықта қайталанатын тасымалдаушылар "премутация аллельдері" бар деп айтылады, өйткені осы аралықтағы аллельдер 200-ге жақындаған сайын толық мутацияға дейін кеңейу ықтималдығы артады және мРНК деңгейі бес есеге көтеріледі. Хүлделі Х синдромы тасымалдаушыларының (премутация диапазонына кіретіндердің) әдетте метилирленбеген аллельдері, қалыпты фенотипі және FMR1 мРНК мен FMRP ақуызының қалыпты деңгейі болады. HD базальды ганглиялар мен ми қабығын қамтиды және танымдық, моторлық және/немесе психикалық бұзылу сияқты белгілер ретінде көрінеді. HD жасөспірімдердегі жағдайлардың басым бөлігі аталық гаметогенездің нәтижесінде жоғары CAG тринуклеотидті қайталану санының берілуінен туындайды. HD жоқ адамның CAG қайталану саны 9 мен 37 аралығында болса, HD бар адамның CAG қайталану саны 37 мен 102 аралығында болады. Миотонды дистрофиямен ауыратын адамдар мысқылдардың әлсіреуі, жүрек соғуының бұзылуы және тыныс алудың қиындауы сияқты ауыр, әлсіздейді, бұл ауруды емдеу арқылы пациенттердің қозғалыс қабілетін және күнделікті белсенділігін арттырып, күтім жасаушылардың кейбір қысымын жеңілдетуге болады. Миотонды дистрофиясы бар адамдардың бұлшық еттерінде 1- типті талшықтар көбейеді, сондай-ақ бұл 1- типті талшықтар нашарлайды. Бұл (CTG) n тринуклеотидтік қайталану лейкоциттерде орналасады; қайталану ұзақтығы мен адамның жасы аурудың прогрессиясына және 1- типті бұлшық еттің басымдылығына тікелей байланысты екені анықталды.
Себеп-салдарлық байланыс
Фридрейх атаксиясы - FXN генінің интронында ГАА кеңейуінің салдарынан пайда болатын аутосомалық рецессивті бұзылу. Бұл ген темірдің гомеостазына қатысы бар митохондриялық ақуыз - фратаксинді кодтайды. Мутация протеиннің транскрипциясын бұзады, сондықтан зақымданған жасушалар сау жасушалардың фратаксинінің тек 5 - 10% - ын ғана өндіреді. Бұл митохондрияларда темірдің жиналуына әкеледі және жасушаларды окистену зақымдануына ұшырайды. Зерттеулер ГАА қайталану ұзақтығы аурудың ауырлығына байланысты екенін көрсетеді.
Хүлделі Х синдромы
ТНР-дің нақты уақыты әр ауру бойынша әр түрлі болады. FXS-тің нақты уақыты белгісіз болса да, зерттеулер бұл бұзылыстың ең алғашқы CGG кеңейуі бастапқы овуциттерде байқалғанын көрсетті. Қайталап кеңейту I фазадағы мейотикалық жасуша циклының тоқтауы кезінде аналық овуляторда болады деп болжалды, алайда механизм тұйық болып қалады. Аналық жолмен мұрагерлік алынған премутация аллельдері толық мутациялық аллельдерге (200- ден астам қайталану) кеңейе алады, нәтижесінде FMR 1 генінің туындысы FMRP өндірісі төмендейді және X- сызықты әлсіз ақыл-ой кемістігі синдромына әкеледі. Әйелдер үшін үлкен қайталанулар қалпына келтіруге негізделеді, ал еркектер үшін ұзақ қайталанулар қысқаруы репликацияға байланысты; сондықтан олардың сперматозоидтарында бұл қайталанулар жоқ, ал аталық мұрада ұзақ қайталанулар болмайды. Адамның ұрық дамуының 13 және 17 апталары аралығында ірі КГГ қайталануы қысқарады. Ерлердің тұқым қуалаушылығы мен аллель ұзындығы арасында оң байланыстылық бар. Тышқандарды зерттеу кезінде КТГ қайталау кеңейуінің нақты уақыты сперматогонияның дамуы кезінде анықталды. DM1 және FXS-те ТНР-дің кеңеюі репликация кезінде ДНК полимеразаның бірнеше қателігі арқылы болады деп болжанады. ДНҚ полимеразаның ТНР арқылы дұрыс қозғала алмауы транслиция полимеразаларының (TLP) трансактивтенуіне әкелуі мүмкін, олар репликация процесін аяқтауға және блокты жеңуге тырысады. ДНҚ полимеразаның осылай сәтсіз аяқталуы нәтижесінде үлгілік қатпарда қалған бір жіпті бұрандалар жойылады, бұл TNR ұзындығына әсер етеді. Бұл процесс ТНР кеңейтуіне мүмкіндік береді. HD-нің төрт үлгісінде CAG қайталау кеңейу ұзындығы пісіп-жетілген сперматозоидтарда, дамушы сперматозоидтарға қарағанда, өзгермелі болды, бұл қайталау кеңейулер сперматозоидтар дамуының кейінгі кезеңінде орын алуы мүмкін деген тұжырымға әкелді. Дифференциацияға ұшыраған түйіршік жасушаларда, экспансиялар мейоз аяқталғаннан кейін де пайда болуы мүмкін екендігіне дәлел бар, өйткені постмейоздық жасушаларда үлкен ГЧ мутациялары табылған. ТНР тұрақсыздығы жас аналық тышқандарда жоқ болғандықтан және аналық SCA1 пациенттің жасы мен тұрақсыздығы тікелей байланысты болғандықтан, белсенді емес овуциттерде экспансиялар болуы керек. Бөлінуден белсенді емес жасушаларда үлкен кеңейтулер, ал белсенді бөлінген немесе бөлінбеген жасушаларда кішірек кеңейтулер пайда болатын көрінеді. гендік манипуляцияларды зерттеуге және зерттеуге баса назар аударады. Қолда бар ең озық терапиялар антисенс олигонуклеотидтерді (ASO) немесе РНК араласуын (RNAi) хабаршы РНК-ны (mRNA) нысанаға алу арқылы мутацияланған ген экспрессиясын нысанаға алуды көздейді. Тағы бір синтетикалық РНК - бұл қысқа шашты РНК (shRNA) Кейбір проблемалар пайда болуы мүмкін, егер RISC кешеніндегі бір жіпті жетекші siRNA бөлінген кезде тұрақсыз болып, бүлінуді бастаса, нәтижесінде қолайсыз мРНК жіпке байлануы мүмкін. Нысаналы РНК-ның толыққанды қосымша жетекшілері оңай танылады және RISC кешенінде бөлінеді; егер бағыттаушы жіп пен мақсатты РНК арасында тек ішінара толыққанды жұптасу болса, мақсатты сайттарда дұрыс емес аударма немесе тұрақсыздануға әкелуі мүмкін. Бұл антисенс олигонуклеотидтерді қолданудың мақсаты - белгілі бір нысананың протеин экспрессиясын төмендету, әдетте RNase H эндонуклеазасының тежелуі арқылы, сондай-ақ 5' капкаш қалыптастырудың тежелуі немесе шплицирлеу процесінің өзгеруі. Туған күйінде ASO тез қорытылады, бұл ASO жасушалық мембраналар арқылы өту үшін фосфорилирлеу тәртібін қолдануды талап етеді. Антисенс терапиясы жүйке ауруларын тыныштандыратын қабілетімен әлемге әкелетін айқын пайдасына қарамастан, бұл терапияны дамытуда көптеген мәселелер бар. Бір мәселе - АСО-лар ағзадағы нуклеазалардың ыдырауына өте бейім. Бұл химияны өзгерткенде нуклеазалардың осы синтетикалық нуклеин қышқылдарының ыдырауын жеңуіне мүмкіндік беретін химиялық модификацияның жоғары мөлшеріне әкеледі. Туған АСО-ның жартылай жойылу мерзімі өте қысқа, тіпті бүкіл денеге, әсіресе бүйрекке сүзгіленбейді. Осы кедергілердің барлығымен, химиялық өзгерістер денеге енгізілген кезде, зиянды әсерлерге әкелуі мүмкін, әр проблеманың қосымша әсерлері болады. Синтетикалық олигонуклеотидтер - молекуланың жасушадағы ген экспрессиясын реттеуі үшін химиялық жолмен өзгертілген теріс зарядталған молекулалар. Бұл процеске байланысты кейбір мәселелер химиялық модификациядан болатын уыттылық пен өзгермелілік. АСО-ның мақсаты �...