microRNA相關(guān)的生物信息學(xué)與進(jìn)化分析.pdf

1、microRNA(miRNA)是一類長(zhǎng)度大約為22個(gè)核苷酸左右的內(nèi)源性非編碼RNA分子,通過(guò)與mRNA互補(bǔ)結(jié)合抑制蛋白翻譯或?qū)е耺RNA降解,干擾mRNA指導(dǎo)蛋白合成過(guò)程,從而負(fù)向調(diào)節(jié)蛋白編碼基因的表達(dá)。作為一種重要的基因表達(dá)調(diào)控因子,miRNA在多種基因表達(dá)調(diào)控途徑中發(fā)揮重要作用,調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、細(xì)胞分裂與分化、細(xì)胞凋亡、造血作用以及癌癥發(fā)生在內(nèi)的多個(gè)細(xì)胞過(guò)程。目前在人類基因組中已1000條miRNA基因。對(duì)于miRNA分子特點(diǎn)、轉(zhuǎn)錄機(jī)

2、制、進(jìn)化以及對(duì)已成為分子生物學(xué)與生物信息學(xué)研究的熱點(diǎn)。在本文中,我們利用生物信息學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,對(duì)包括癌癥相關(guān)的miRNA篩選、miRNA對(duì)靶基因的表達(dá)調(diào)控模式、內(nèi)含子編碼的miRNA基因特征及miRNA基因家族的進(jìn)化等問(wèn)題進(jìn)行了初步研究。
　　miRNA與人類疾病關(guān)系是目前生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),越來(lái)越多的證據(jù)表明,多種miRNA的突變或表達(dá)異?？赡芘c癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。因此,miRNA可能成為一種用于癌癥診斷與治療的潛在分

3、子標(biāo)記。為了整合已有的癌癥相關(guān)miRNA資源,我們從Gene Expression Omnibus數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索出miRNA在癌癥中的表達(dá)譜數(shù)據(jù),并利用芯片顯著性分析方法挖掘出在miRNA在癌癥組織中差異表達(dá)的信息,最終獲得607個(gè)癌癥相關(guān)的miRNA。我們同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)界面友好的數(shù)據(jù)庫(kù)dbDEMC(a Data Base of Differentially Expressed miRNAs in human Cancers),以方便用戶

4、訪問(wèn)及獲取相關(guān)信息。挖掘癌癥相關(guān)miRNA為癌癥相關(guān)研究提供了新的潛在分子靶標(biāo)。
　　miRNA對(duì)于靶基因的調(diào)控模式是另一個(gè)研究熱點(diǎn),miRNA對(duì)于靶基因可能存在兩種不同的調(diào)控模式,即調(diào)節(jié)靶基因平均表達(dá)水平和降低靶基因表達(dá)波動(dòng)性。我們從人類全基因組表達(dá)數(shù)據(jù)出發(fā),首先從Gene Expression Omnibus數(shù)據(jù)庫(kù)中選取多套基于HGU133 plus2.0芯片平臺(tái)的蛋白編碼基因表達(dá)譜,通過(guò)Meta-分析方法篩選出數(shù)百個(gè)穩(wěn)定表達(dá)

5、基因及波動(dòng)表達(dá)基因。在此基礎(chǔ)上利用miRNA靶基因預(yù)測(cè)軟件分析了miRNA對(duì)兩組基因的調(diào)控偏好性,分析表明miRNA更傾向于調(diào)控穩(wěn)定表達(dá)基因,即miRNA可增強(qiáng)靶基因表達(dá)穩(wěn)定性。此外,對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子對(duì)靶基因的調(diào)節(jié)作用分析表明,轉(zhuǎn)錄因子和miRNA對(duì)于基因表達(dá)穩(wěn)定性具有相反的效應(yīng)。這一研究對(duì)揭示基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制差異背后的內(nèi)在機(jī)制提供了新的線索。
　　已有研究表明,miRNA基因多數(shù)位于蛋白編碼基因間區(qū)域,獨(dú)立轉(zhuǎn)錄而行使功能。而某些mi

6、RNA基因可能位于蛋白編碼基因的內(nèi)含子內(nèi),其轉(zhuǎn)錄過(guò)程可能利用宿主基因的某些調(diào)控元件,因而表達(dá)狀況可能與宿主基因存在一定關(guān)聯(lián)。內(nèi)含子編碼的miRNA基因由于其表達(dá)調(diào)控的特殊性而越來(lái)越引起人們的興趣。我們對(duì)編碼miRNA的宿主基因特征進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)miRNA宿主基因長(zhǎng)度普遍高于非宿主基因,其原因可能為宿主基因內(nèi)含子與外顯子數(shù)量的顯著增加。此外,對(duì)內(nèi)含子編碼的miRNA基因的系統(tǒng)發(fā)育分布分析后發(fā)現(xiàn),其數(shù)量在脊椎動(dòng)物,真獸類哺乳動(dòng)物及靈長(zhǎng)類動(dòng)

7、物形成過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)三次爆發(fā)性增長(zhǎng)。
　　最后,我們以一個(gè)脊椎動(dòng)物中特有的miRNA基因家族miR-181家族為例,分析了高等動(dòng)物基因組中miRNA基因家族的起源與進(jìn)化歷程。該基因家族在低等尾索動(dòng)物中只存在單基因拷貝,而在高等脊椎動(dòng)物基因組中多存在六個(gè)拷貝。我們發(fā)現(xiàn),該miRNA基因家族在脊椎動(dòng)物基因組中由祖先基因經(jīng)歷兩次整體復(fù)制及一次片段復(fù)制而成。對(duì)該基因家族調(diào)控的靶基因功能分析后發(fā)現(xiàn),該miRNA調(diào)控的靶基因功能主要涉及基因表達(dá)