A-to-I RNA編輯功能預測平臺的構建與A-to-IRNA編輯生物學功能的系統(tǒng)分析.pdf

1、RNA編輯(RNA editing)是在初始轉錄本上插入、刪除或替換單個或多個核苷酸從而改變原遺傳信息的過程，是一種重要的轉錄后調控事件。目前兩種堿基替換類型的RNA編輯研究較多，分別是廣泛存在于真核高等生物中的A-to-IRNA編輯事件與廣泛存在于高等植物線粒體中的C-to-U RNA編輯事件。近幾年，哺乳動物體內的A-to-I RNA編輯現(xiàn)象引起廣大科學工作者的關注。它是指ADAR(adenosine deaminases acti

2、ng on RNA)編輯酶特異識別雙鏈初始轉錄本，并將某些特定位點的腺嘌呤(A)脫氨形成次黃嘌呤(I)的過程。次黃嘌呤在堿基配對的過程中被識別成鳥嘌呤(G)，引起遺傳信息的改變。在對神經(jīng)遞質受體的研究中發(fā)現(xiàn)，長的雙鏈結構往往存在密集的A-to-I RNA編輯事件，這是由于不完全配對的莖環(huán)結構正是編輯酶ADAR特異性識別的底物二級結構。A-to-IRNA編輯事件發(fā)生在轉錄后剪接前，因而能夠潛在影響后續(xù)一系列加工和調控的過程。例如能夠引起密

3、碼子的改變，進而潛在影響所編碼的蛋白質的功能。發(fā)生在構成性或可變剪切位點的RNA編輯事件可以創(chuàng)建或破壞前體mRNA剪接信號，導致全新或異常的剪接體出現(xiàn)。A-to-I RNA編輯事件不僅能夠引起蛋白的多樣性，還能引起非編碼RNA分子的改變。這些改變包括miRNA和siRNA的成熟過程及其與靶標相互作用的過程。有研究表明腦中的A-t0一I RNA編輯事件一旦缺失或功能紊亂可能會引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病。在哺乳動物中會引起癲癇，肌萎縮性側索硬化癥，抑

4、郁癥等疾?。辉诠壓途€蟲中則會引起神經(jīng)功能紊亂甚至胚胎致死的嚴重后果。實驗證明特異位點A-to-I RNA編輯效率的升高或降低都可以產(chǎn)生與這個變化相對應的疾病癥狀，而外界的刺激和藥物的治療也可以引起某些特定的編輯事件發(fā)生調整和改變，這些現(xiàn)象說明A-to-I RNA編輯與機體的相互調節(jié)作用是極其重要的生理過程。而目前針對A-to-I RNA編輯事件功能影響都的研究是基于分子生物實驗技術進行的，都是對單點的A-to-I RNA編輯事件進行分

5、析和報道，缺乏系統(tǒng)性研究。本論文工作的目的就是通過建立A-to-IRNA編輯功能預測平臺，系統(tǒng)的分析編輯事件的生物學功能及其生物學意義。
　　 正因為A-to-I RNA編輯事件有著廣泛且重要的生物學功能，一批科學家基于Alu序列在全基因組的范圍中預測出數(shù)以萬計的A-to-I RNA編輯位點，希望借此大規(guī)模的數(shù)據(jù)能夠更加全面的分析和了解A-to-I RNA編輯的生物學意義。這樣大規(guī)模，高質量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，為本課題提供了有利的條件。

6、本課題力圖基于大批量由生物信息學方法預測得到的編輯位點信息與實驗得到的位點信息，利用生物信息學的方法，通過整合多樣資源(包括可本地化的蛋白質功能分析和預測軟件，所需各類數(shù)據(jù)庫資源)，運用perl語言編程，從核酸水平和蛋白質水平分析A-to-I RNA編輯事件對非編碼RNA和mRNA轉錄后修飾的潛在影響以及對蛋白質結構、功能、理化性質等的潛在影響，建立一種系統(tǒng)分析A-to-I RNA編輯事件有效可行的研究方法。在此基礎上，對初步分析A-t

7、o-I RNA編輯事件潛在的生物學功能開展相應的實驗驗證。此課題的意義還在于為研究其他類型的RNA編輯事件提供良好的研究模式。本論文分為兩部分，第一部分為A-to-I RNA編輯功能預測平臺的構建與實現(xiàn)；第二部分是在數(shù)據(jù)庫對這些已知的A-to-I RNA編輯位點研究的基礎上，對A-to-I RNA編輯的生物學功能和意義進行初探。
　　 一、A-to-I RNA編輯功能預測平臺的構建與實現(xiàn)
　　 目的：設計并構建人A-to

8、-I RNA編輯功能預測平臺，探討利用數(shù)據(jù)庫的方式研究A-to-I RNA編輯功能的可能性和應用前景。
　　 方法：解析研究人A-to-I RNA編輯事件意義的數(shù)據(jù)流程，分析完成人A-to-I RNA編輯功能預測平臺的功能需求，利用PHP，Perl編程，完成了人A-to-I RNA編輯功能預測平臺的設計，并用搜集到的A-to-I RNA編輯數(shù)據(jù)進行性能測試與分析。
　　 結果：初步完成了A-to-IRNA編輯功能預測平臺

9、的構建，并以目前搜集到的數(shù)據(jù)為基礎在全基因組的范圍內對人A-to-I RNA編輯功能進行了初探。
　　 結論：目前搭建的A-to-I RNA編輯功能預測平臺能夠實現(xiàn)初步分析人A-to-I RNA編輯位點在核酸水平以及蛋白水平潛在的生物學影響，可以為實驗研究提供良好的理論支持以及確立明確的研究方向，有良好的應用前景和實用價值。
　　 二、A-to-I RNA編輯事件生物學功能的探究
　　 目的：在核酸水平(包括A-

10、to-I RNA編輯事件對piRNA的影響，A-to-I RNA編輯事件對ESE的影響)和蛋白質水平(主要針對A-to-I RNA編輯事件對氨基酸的改變)對A-to-I RNA編輯事件可能造成的影響進行實驗驗證和統(tǒng)計學分析。
　　 方法：基于A-to-I RNA編輯功能預測平臺所得到的結果，用分子生物學實驗技術驗證A-to-I RNA編輯對piRNA的影響的初步探究；用統(tǒng)計學的方法討論A-to-IRNA編輯事件對ESE影響的生物

11、學意義；在蛋白質水平主要通過整理導致氨基酸發(fā)生類別間改變的A-to-I RNA編輯事件，初步探討人A-to-I RNA編輯事件對蛋白質可能造成影響。
　　 結果：A-to-I RNA編輯事件可以改變piRNA的序列，但這種改變并不是普遍存在的，可能只是對某些piRNA分子起調控作用；3640個A-to-I RNA編輯位點可能使其所在的ESE功能發(fā)生改變且A-to-I RNA編輯事件對不同類型ESE潛在影響的結果不同：在能改變氨基