缺失突变

缺失突变（Deletion mutation）是一种基因组结构变异（Structural variation），指DNA序列中一个或多个核苷酸的丢失。缺失的范围可以从单个碱基对到跨越数百万碱基对、包含多个基因的染色体大片段。缺失突变通过移除遗传物质，常导致基因功能的部分或完全丧失，是功能丧失性突变（Loss-of-function mutation）的主要形式之一，在遗传病和癌症的发生中扮演重要角色。

1. 分类与规模

根据缺失的规模，可分为：

• 小缺失：通常指缺失长度小于1 kb，可能仅涉及几个到几十个碱基对。若缺失的碱基数不是3的倍数，将导致移码突变。

• 大缺失：指缺失长度超过1 kb，可覆盖整个外显子、基因或多个相邻基因。

2. 分子机制

缺失突变主要由DNA复制或修复过程中的错误引起：

• DNA复制滑动：在重复序列区域（如微卫星序列），新生链与模板链发生错配和重新配对，导致一个或多个重复单元的缺失。

• 非同源末端连接：在修复DNA双链断裂时，NHEJ通路可能错误连接断裂末端，导致连接点之间的序列丢失。

• 复制叉停滞与模板转换：复制叉遇到损伤时，可能通过微同源介导的末端连接或复制叉塌陷等机制导致缺失。

• 染色体不等交换：在减数分裂或有丝分裂中，同源染色体或姐妹染色单体间的不对齐重组导致一段序列丢失。

3. 生物学与病理学后果

后果的严重性取决于缺失的规模、位置以及是否影响关键基因。

• 编码区缺失：

  • 移码缺失：缺失的碱基数非3的倍数，导致下游阅读框完全改变，通常很快引入提前终止密码子，产生无功能的截短蛋白，并常触发无义介导的mRNA降解。

  • 框内缺失：缺失的碱基数是3的倍数，导致一个或多个氨基酸的丢失，但不改变后续阅读框。可能破坏蛋白质的关键结构域（如活性中心、结合界面），部分或完全丧失功能。

• 非编码调控区缺失：影响启动子、增强子、剪接位点等，导致基因表达水平改变或产生异常剪接异构体。

• 大片段缺失（包括连续基因缺失综合征）：

  • 同时删除多个相邻基因，导致复杂的多系统表型。

  • 范例：22q11.2缺失综合征（迪乔治综合征）、威廉姆斯综合征（7q11.23缺失）。

4. 在疾病中的作用

• 遗传病：

  • CFTR 基因的F508del突变：囊性纤维化中最常见的突变，是一个3个碱基对（CTT）的框内缺失，导致第508位苯丙氨酸缺失，严重影响CFTR蛋白的折叠和功能。

  • DMD 基因外显子缺失：杜氏肌营养不良的主要原因，大片段缺失导致肌营养不良蛋白完全无法合成或功能严重受损。

  • BRCA1 基因大片段缺失：在遗传性乳腺癌/卵巢癌家族中常见，导致DNA同源重组修复功能丧失。

• 癌症：

  • 肿瘤抑制基因的纯合性缺失：直接导致两个等位基因同时失活，是二次打击的极端形式。例如，CDKN2A（p16）基因在胶质母细胞瘤、胰腺癌中的纯合缺失。

  • 杂合性缺失（LOH）：在肿瘤中，一个等位基因因点突变失活，另一个等位基因因缺失而丢失，是肿瘤抑制基因失活的常见模式。

  • 驱动基因的框内缺失：某些癌基因（如 EGFR）的框内缺失（如EGFRvIII）可能产生组成性激活的突变蛋白，是功能获得性改变。

5. 检测与治疗挑战

• 检测：

  • 小缺失：可通过Sanger测序或二代测序检测。

  • 大片段缺失：需要微阵列比较基因组杂交、长读长测序或多重连接依赖性探针扩增等技术。

• 治疗挑战：

  • 传统的靶向药物难以直接恢复因缺失而丢失的基因功能。

  • 基因治疗（如AAV载体递送正常基因拷贝）和基因编辑（如CRISPR介导的缺失修复或基因替换）是针对遗传病中缺失突变的潜在策略，但仍面临递送效率和安全性等挑战。

  • 对于由缺失导致的合成致死依赖（如BRCA缺失），可使用PARP抑制剂等策略。

参考文献

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2. Conrad, D. F., et al. (2010). Origins and functional impact of copy number variation in the human genome. Nature, 464(7289)， 704-712. （大规模研究揭示了人类基因组中拷贝数变异（包括缺失）的普遍性与功能影响）

3. Riordan, J. R., et al. (1989). Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA. Science, 245(4922)， 1066-1073. （发现囊性纤维化基因及其常见缺失突变F508del的经典论文）

4. Cancer Genome Atlas Research Network. (2008). Comprehensive genomic characterization defines human glioblastoma genes and core pathways. Nature, 455(7216)， 1061-1068. （TCGA研究中揭示了 CDKN2A 等基因在胶质母细胞瘤中的高频纯合缺失）

5. Carvalho, C. M., & Lupski, J. R. (2016). Mechanisms underlying structural variant formation in genomic disorders. Nature Reviews Genetics, 17(4)， 224-238. （深入综述了基因组病中结构变异（包括缺失）的形成机制）