精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究試圖回答的最基本科學(xué)問(wèn)題是，解析基因突變和表型效應(yīng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是，基因組數(shù)據(jù)中卻經(jīng)常出現(xiàn)一種令人困惑的現(xiàn)象，即擁有相同突變的個(gè)體卻展現(xiàn)出不同的表型。典型的例子如攜帶EGFR突變的非小細(xì)胞肺癌患者中，有約30%的人仍然對(duì)相應(yīng)的靶向藥不敏感?，F(xiàn)有理論認(rèn)為，造成上述現(xiàn)象的原因可能是個(gè)體基因組內(nèi)其他遺傳因素的上位效應(yīng)（epistasis）。例如，基因內(nèi)突變的表型效應(yīng)會(huì)受到該基因表達(dá)水平的影響。在同一基因組內(nèi)不同基因間的比較表明，蛋白編碼基因高表達(dá)時(shí)，其突變更可能帶來(lái)有害的表型。為了解釋這一現(xiàn)象，學(xué)界目前已提出多種分子機(jī)制假說(shuō)。其中幾種較為流行的機(jī)制假說(shuō)可以被概括為“避免分子隨機(jī)錯(cuò)誤”。這些隨機(jī)錯(cuò)誤包括蛋白質(zhì)翻譯錯(cuò)誤、蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤和蛋白質(zhì)分子間的相互作用錯(cuò)誤等。因?yàn)檫@些錯(cuò)誤若發(fā)生在高表達(dá)基因上，會(huì)產(chǎn)生更多錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)分子或復(fù)合物，因此比發(fā)生在低表達(dá)時(shí)會(huì)給細(xì)胞帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)。多項(xiàng)研究通過(guò)比較同一基因組中的不同基因，為這些假說(shuō)提供了間接支持。然而，不同基因間是否可以直接比較尚存疑，因此這些假說(shuō)目前仍然缺乏直接的實(shí)驗(yàn)支持。

為了解決上述問(wèn)題，陳小舒教授團(tuán)隊(duì)與楊建榮教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)大規(guī)模測(cè)定蛋白質(zhì)編碼基因的所有單核苷酸突變的表型效應(yīng)。團(tuán)隊(duì)使用該方法測(cè)定了綠色熒光蛋白GFP（一個(gè)外源基因）與 URA3（一個(gè)在特定條件下必需的內(nèi)源基因）兩個(gè)基因內(nèi)幾乎所有突變，在兩個(gè)活性相差10倍的啟動(dòng)子控制下的表型效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)（i）基因內(nèi)至少42%的突變會(huì)因表達(dá)量改變而呈現(xiàn)不同的表型效應(yīng)；（ii）與低表達(dá)時(shí)相比，必需基因高表達(dá)時(shí)更能容忍突變對(duì)基因功能的削弱作用；（iii）由于各種隨機(jī)分子錯(cuò)誤，基因表達(dá)升高會(huì)增強(qiáng)突變帶來(lái)的細(xì)胞毒性。因此，上述結(jié)果直接證實(shí)了基因突變的表型效應(yīng)具有表達(dá)依賴性，為理解上位效應(yīng)的分子機(jī)制，和對(duì)基因組數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)解讀提供了新的理論基礎(chǔ)。

同時(shí)，該研究的分析結(jié)果表明，幾種不同類型的隨機(jī)分子錯(cuò)誤中，蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊是最有害。從生物醫(yī)學(xué)的角度來(lái)看，有害突變（導(dǎo)致適應(yīng)度顯著下降的突變）往往與早發(fā)性、嚴(yán)重的遺傳疾病有普遍的聯(lián)系。該研究為隨機(jī)分子錯(cuò)誤（例如蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊）的有害影響提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，強(qiáng)調(diào)了隨機(jī)分子錯(cuò)誤導(dǎo)致的細(xì)胞毒性是突變表型效應(yīng)的重要組成部分，并為日后相關(guān)生物醫(yī)學(xué)研究或疾病相關(guān)突變的預(yù)測(cè)提供了新的機(jī)制基礎(chǔ)。

楊建榮教授團(tuán)隊(duì)博士研究生吳卓幸和陳小舒教授團(tuán)隊(duì)助理研究員蔡秀娟為該論文的第一作者，楊建榮教授和陳小舒教授是論文的共同通訊作者。本研究受到國(guó)家自然基金委面上項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家傳染病防治重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41559-021-01578-x

來(lái)源：中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院