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スプライス部位変異とは、前駆体メッセンジャーRNAが成熟メッセンジャーRNAに処理される際にスプライシングが行われる特定の部位で、ヌクレオチドが挿入、欠失、または変化する遺伝子変異のことです。エクソン認識を駆動するスプライス部位コンセンサス配列は、イントロンの末端に位置しています。[ 1 ]スプライシング部位の欠失により、成熟mRNAに1つ以上のイントロンが残存し、異常なタンパク質の産生につながる可能性があります。スプライス部位変異が発生すると、mRNA転写産物に、通常は含まれないはずのこれらのイントロンからの情報が含まれます。イントロンは除去され、エクソンが発現されるはずです。
変異は、イントロンのスプライシングが行われる特定の部位、つまり遺伝子の非コード領域内で、エクソンの位置のすぐ隣で発生する必要があります。変異は、挿入、欠失、フレームシフトなどです。スプライシングプロセス自体は、各エクソンを囲むスプライスドナー配列とスプライスアクセプター配列と呼ばれる特定の配列によって制御されます。これらの配列の変異は、mRNAによるイントロンDNAの大きなセグメントの保持、またはmRNAからエクソン全体がスプライシングされる原因となる可能性があります。これらの変化は、機能しないタンパク質の生成につながる可能性があります。[ 2 ]イントロンは、スプライス部位によってエクソンから分離されます。スプライス部位に関連するアクセプター部位とドナー部位は、実際の切断を行うべき場所をスプライソソームに知らせます。これらのドナー部位、または認識部位は、mRNAの処理に不可欠です。脊椎動物の遺伝子は平均して、かなり大きなイントロンによって隔てられた複数の小さなエクソン（平均サイズ137ヌクレオチド）から構成されている。[ 1 ]
1993年、リチャード・J・ロバーツとフィリップ・アレン・シャープは、 「スプリット遺伝子」の発見によりノーベル生理学・医学賞を受賞しました。 [ 4 ]彼らは研究でモデルアデノウイルスを使用し、スプライシング、つまりRNAセグメントからイントロンが除去された後にpre-mRNAがmRNAに加工されるという事実を発見しました。この2人の科学者はスプライス部位の存在を発見し、ゲノム研究の様相を一変させました。彼らはまた、メッセンジャーRNAのスプライシングがさまざまな方法で起こり得ることを発見し、突然変異が起こる可能性を開きました。
今日では、スプライス部位を特定し、より詳細な情報を得るために分析できるさまざまなタイプの技術が存在します。Human Splicing Finder は、ヒトゲノムプロジェクトのデータから派生したオンラインデータベースです。このゲノムデータベースは、医療および健康分野に関連する何千もの変異を特定するとともに、スプライス部位の変異に関する重要な研究情報を提供します。このツールは、特にプレ mRNA スプライシングエラーの検索、複雑なアルゴリズムを使用した潜在的なスプライス部位の計算、およびEnsemblゲノムブラウザなどの他のいくつかのオンラインゲノムデータベースとの相関関係を提供します。[ 5 ]
スプライス部位は非常に重要な位置にあるため、スプライス部位のアクセプター領域またはドナー領域における突然変異は、人体に有害となる可能性がある。実際、多くの種類の疾患は、スプライス部位の異常に起因する。
がんにおけるスプライス部位変異の役割を研究した研究では、乳がんおよび卵巣がんの陽性であった女性のグループでスプライス部位変異が一般的であることが裏付けられました。研究結果によると、これらの女性は同じ変異を持っていました。イントロン内の単一塩基対置換によりアクセプター部位が破壊され、隠れたスプライス部位が活性化され、59塩基対の挿入と鎖終結が起こります。乳がんおよび卵巣がんの両方を持つ4つの家族は、タンパク質のN末端半分に鎖終結変異を持っていました。[ 6 ]この研究例の変異はスプライス部位内にありました。
スプライス部位変異は、AIDが標的とする配列がスプライス部位の配列と重複するため、異常な体細胞超変異により、 BCL7A [ 8 ]やCD79B [ 7 ]などの主要なリンパ腫遺伝子で繰り返し見られる[ 7 ] 。 [ 9 ]
Hutton, M らが行った研究によると、タウタンパク質に関連するRNAの5'領域で発生するミスセンス変異は、遺伝性認知症（FTDP-17として知られる）と相関していることが判明した。スプライス部位の変異はすべて、染色体17のエクソン10の選択的スプライシングの調節に関与している可能性が最も高い潜在的なステムループ構造を不安定化させる。その結果、5'スプライス部位の使用が増加し、エクソン10を含むタウ転写産物の割合が増加する。このようなmRNAの劇的な増加は、4つの微小管結合リピートを含むタウの割合を増加させ、これは遺伝性認知症の一種であるFTDP-17のいくつかの家族で説明されている神経病理と一致する。[ 10 ]
てんかんの種類によっては、スプライス部位の変異が原因となる場合がある。進行性ミオクローヌスてんかん[ 11 ]患者では、終止コドンの変異に加えて、シスタチンBをコードする遺伝子の3'鎖上のスプライス部位変異が発見された。この変異の組み合わせは、影響を受けていない個体では見られなかった。スプライス部位変異のある配列とない配列を比較することで、研究者らは、最初のイントロンの最後の位置でGからCへのヌクレオチド転換が起こることを突き止めることができた。この転換は、シスタチンB遺伝子をコードする領域で起こる。進行性ミオクローヌスてんかん患者は、この遺伝子の変異型を持っており、その結果、成熟mRNAの産生が減少し、それに伴ってタンパク質の発現も減少する。
また、熱性けいれんを引き起こす小児欠神てんかん（CAE）の一種が、GABRG2遺伝子の第6イントロンのスプライス部位変異と関連している可能性があることも研究で示されています。このスプライス部位変異は、罹患した個体において機能しないGABRG2サブユニットを引き起こすことがわかっています。[ 12 ]この研究によると、第6イントロンで発生したスプライスドナー部位変異の原因は点突然変異でした。機能しないタンパク質産物が生成され、機能しないサブユニットにつながります。
いくつかの遺伝性疾患は、スプライス部位変異の結果である可能性があります。たとえば、β-グロビンmRNAの不適切なスプライシングを引き起こす変異は、β-サラセミアの一部の症例の原因となっています。別の例として、TTP （血栓性血小板減少性紫斑病）があります。TTPはADAMTS-13の欠乏によって引き起こされます。したがって、ADAMTS-13遺伝子のスプライス部位変異はTTPを引き起こす可能性があります。ヒトの遺伝性疾患を引き起こすすべての点変異の15%がスプライス部位内で発生すると推定されています。[ 13 ]
副甲状腺ホルモンを生成する遺伝子のイントロン2でスプライス部位変異が発生すると、副甲状腺ホルモン欠乏症が発症する可能性がある。ある研究では、イントロン2のスプライス部位におけるGからCへの置換により、メッセンジャーRNA転写産物にスキッピング効果が生じる。スキップされたエクソンには、副甲状腺ホルモンを生成する開始コドンが存在する。[ 14 ]このような開始の失敗が欠乏症を引き起こす。
モデル生物であるショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）を用いて、この生物のゲノム情報と配列に関するデータが収集されています。研究者が自身のゲノム情報をアップロードし、スプライス部位予測データベースを利用してスプライス部位の位置に関する情報を収集できる予測モデルが存在します。バークレー・ショウジョウバエ・プロジェクトは、この研究を統合し、高品質のユークロマチンデータに注釈を付けるために使用されます。スプライス部位予測ツールは、このモデル生物でヒト疾患を研究する研究者にとって非常に有用なツールとなり得ます。