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如何通过基因突变影响蛋白质稳定性,揭示遗传疾病的秘密

你是否曾想过,身体里的蛋白质是如何影响我们的健康和疾病的呢?最近,科学家们建立了一个庞大的数据库,揭示了超过50万种DNA突变是如何导致蛋白质错误,从而引发遗传疾病的。这一发现不仅为我们理解遗传病的机制打开了一扇窗,更可能为个性化药物的研发铺平道路。

人类基因组中携带着至少2万个蛋白质的指令,这些蛋白质对于几乎所有生理过程都是必不可少的。而每一个蛋白质的构建块——氨基酸,都是其功能的关键。想象一下,如果我们把一个拼图的某个块换成了别的,整个图案可能就会变得不再完整。实际上,约5000种人类蛋白质中的“错义突变”,即DNA序列中的氨基酸替换,已经被确认与亨廷顿病、囊性纤维化等遗传疾病相关。

然而,许多情况下,这些突变是如何影响蛋白质的结构和功能,从而导致疾病的,仍然不够清晰。没有这种理解,我们在开发针对遗传疾病的治疗方案时,就很难做到精准,而不改变基因组本身。西班牙基因组调控中心的研究员安东尼·贝尔特兰在一次采访中提到:“根据蛋白质的变化,如果要设计一种药物来修复疾病,那么不同的突变会导致完全不同的治疗方案。”

为了应对这一挑战,贝尔特兰和他的团队创建了一个人类“域组”数据库,详细记录了522种蛋白质“域”的稳定性变化。通过在实验室系统地触发突变,他们对这些突变在酵母细胞中的影响进行了监测。研究小组特别关注621种已知会导致人类疾病的错义突变,发现其中60%的突变使得受影响的蛋白质变得不稳定。

蛋白质不稳定意味着它们更容易错误折叠或变性。就像折纸一样,蛋白质必须以特定的方式折叠才能达到其预期的形态。错误折叠的蛋白质可能会在细胞内积累,造成损害,或者被身体降解,导致细胞无法正常功能。以遗传性白内障为例,这种眼病是由于影响β-结晶蛋白的基因突变引起的,这些蛋白质通常维持晶状体的透明度。研究发现,72%的相关突变会导致结晶蛋白不稳定,从而增加它们聚集在一起形成浑浊区域的几率。

而不仅仅是导致不稳定,一些错义突变会引发蛋白质的其他变化。例如,导致雷特综合症的某些突变,阻止特定蛋白质与DNA结合,这一过程本应使该蛋白质在大脑中开启和关闭基因,但在该综合症中则出现了问题。

尽管这是迄今为止最大的此类数据库,但贝尔特兰承认,目前仅覆盖了已知人类蛋白质的2.5%。未来仍需进一步的研究,以确定在孤立的蛋白质域中观察到的影响是否也会在完整蛋白质中出现。研究小组的最终目标是构建一个能预测任何突变对蛋白质稳定性影响的数据库。这种工具理论上可以帮助科学家们开发出更好的针对遗传疾病的药物,直接针对驱动这些疾病的蛋白质缺陷。

注:本文内容仅供科普参考,不构成专业医疗建议,如有健康问题请咨询专业医生。

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