Кратко — весь путь: ДНК → транскрипция (синтез пре‑мРНК) → процессинг (каппирование, сплайсинг, полиаденилирование) → экспорт в цитоплазму → трансляция (инициация, элонгация, терминация) → сворачивание/пост‑трансляционные модификации. Ниже — молекулярно и примеры нарушений на каждом этапе.
1) Регуляция транскрипции и инициация
- Механика: промоторы, энхансеры/сайленсеры, факторы транскрипции, РНК‑полимераза II, хроматин (модификации гистонов, метилирование ДНК) задают, где и когда начинается транскрипция.
- Нарушения и примеры: мутации в промоторах/энхансерах или в факторах приводят к изменению уровня транскрипта (гипо/гиперэкспрессия). Примеры: мутации LCR или промотора бета‑глобина — β‑талассемия; дефекты в транскрипционных факторах развития — врождённые аномалии (наследственные синдромы), мутации MECP2 — Ретт‑синдром (эпигенетическая регуляция).
2) Элонгация и терминация транскрипции
- Механика: продление цепи РНК‑полимеразой, контролируемое факторами; сигнал терминации и транскрипционный полиаденилирующий сигнал.
- Нарушения: мутации, создающие преждевременные сайты полиа (или удаляющие их), приводят к нестабильным/укороченным транскриптам. Пример: мутация в сигнале полиаденилирования β‑глобина вызывает β‑талассемию.
3) Ко‑транскрипционный процессинг: 5' кап, сплайсинг, 3' полиA
- Механика:
- 5' кап защищает мРНК и участвует в инициации трансляции.
- Сплайсинг — сплайсосома (snRNPs) вырезает интроны по консенсусным сайтам (5' splice site, branch point, 3' splice site), даёт разнообразие через альтернативный сплайсинг.
- Полиаденилирование стабилизирует мРНК и участвует в экспорте/транслибельности.
- Нарушения и примеры:
- Сплайс‑site мутации → пропуск экзона, включение интрона, использование криптического сайта → неработоспособный/токсичный белок. Примеры: многие формы β‑талассемии вызваны сплайс‑мутациями; спинальная мышечная атрофия (SMA) связана с дефектами сплайсинга SMN2 (альтернативное исключение экзона).
- Ошибки капирования/полиА → нестабильная мРНК или нарушенная трансляция.
- Нарушения в факторах сплайсинга — наследственные нейро‑ и миопатии.
4) Экспорт мРНК из ядра
- Механика: комплексы упаковки мРНК (экспортеры NXF1/TAP и ко‑факторы) транспортируют зрелую мРНК в цитоплазму.
- Нарушения: дефекты экспорта приводят к накоплению мРНК в ядре и потере белка. Пример: мутации в GLE1 ассоциированы с наследственным аномальным развитием моторных нейронов (LCCS).
5) Качество мРНК: контроль и деградация
- Механика: системы надзора — NMD (nonsense‑mediated decay), NSD, NGD — уничтожают транскрипты с преждевременным стоп‑кодоном или проблемами в рибозоме.
- Нарушения:
- PTC (premature termination codons) → NMD → функциональная гаплоинсуфициенция (пример: многие формы муковисцидоза, Дюшенна — если PTC вызывает деградацию мРНК).
- Если NMD не срабатывает — образуются укороченные доминирующе‑негативные белки.
6) Инициация трансляции
- Механика: малый рибосомный субюнит, инициационные факторы (eIFs), распознавание старт‑кодона (в эукариот — в контексте Kozak), формирование активного рибосомного комплекса.
- Нарушения: дефекты eIFs или их регуляции → глобальные проблемы трансляции; мутации eIF2B вызывают лейкоэнцефалопатию с исчезающей белой массой.
7) Аминоацил‑тРНК синтетазы и доставление аминокислот
- Механика: аминокислоты присоединяются к тРНК специфическими аминоацил‑тРНК‑синтетазами (aaRS); тРНК распознаёт кодоны по антикодону.
- Нарушения: мутации в aaRS приводят к ошибочной зарядке тРНК или сниженной скорости — нейропатии и другие наследственные болезни (например, некоторые формы Charcot‑Marie‑Tooth связаны с мутациями в GlyRS, TyrRS и др.).
8) Элонгация и проверка корректности
- Механика: фактор EF‑Tu/EF1, проверка соответствия кодон‑антикодон, пептидилтрансферазная активность рибосомы, факторы EF‑G/EF2 для транслокации.
- Нарушения: мутации в рибосомных белках или факторах элонгации → «рибосомопатии» (Diamond‑Blackfan анемия — мутации в RPS19 и др.), нарушение синтеза глобинов → анемия, микрорибосомные дефекты вызывают клеточную стресс‑реакцию и апоптоз особенно в быстро делящихся тканях.
9) Терминация трансляции и пост‑трансляционная модификация
- Механика: фактор‑рецептор стоп‑кодонов (release factors); далее шапероны, дисульфидные рредуктазы, гликозилирование, фосфорилирование, убиквитинирование; направляющие сигнальные последовательности для транспорта.
- Нарушения:
- Стоп‑кодон мутации/сдвиги рамки → преждевременная обрезка или удлинение белка.
- Ошибки в модификациях/транспортировке → накопление незрелых/неправильно локализованных белков. Примеры: нарушения N‑гликозилирования — congenital disorders of glycosylation (CDG); мутации в сигнальных последовательностях — дефекты секреции/локализации.
10) Митохондриальная трансляция (отдельно)
- Механика: митохондриальные ДНК кодируют рРНК, тРНК и некоторые белки; митохондриальная трансляция использует специфические факторы.
- Нарушения: мутации в митохондриальных тРНК/рРНК приводят к наследственным митохондриальным заболеваниям (MELAS, MERRF), которые часто проявляются в тканях с высоким энергопотреблением.
Общие молекулярные последствия мутаций на этих этапах
- Потеря функции (гипоморфизм или NMD) → гаплоинсуфициенция.
- Доминирующий негативный эффект (токсичный укороченный белок).
- Неадекватная регуляция — экспрессия в неправильном месте/время.
- Ошибки в качестве белка → агрегация/утрата функции (наследственные белковые конформационные болезни).
Клиническая значимость: понимание, на каком этапе нарушен синтез, направляет диагностику (генетический анализ, анализ сплайсинга, экспрессии), прогноз и терапию (антисмысловые олигонуклеотиды для коррекции сплайсинга в SMA, стоп‑кодон‑читатели, терапии направленные на пропуск мутаций или восстановление экспрессии).
Если нужно, могу кратко сопоставить конкретный ген/мутант → механизм и клинический пример.