采用智能方法的可變剪接調(diào)控機(jī)制與相關(guān)疾病研究.pdf

1、可變剪接是調(diào)控基因表達(dá)的關(guān)鍵機(jī)制，它使得一種編碼蛋白質(zhì)的基因可以產(chǎn)生多種轉(zhuǎn)錄變體，豐富了遺傳信息的應(yīng)用，可變剪接的異常會(huì)導(dǎo)致遺傳疾病甚至癌癥的發(fā)生。本論文在分析可變剪接調(diào)控機(jī)制與相關(guān)疾病研究現(xiàn)狀以及存在的問題的基礎(chǔ)上，基于不同的數(shù)據(jù)源，設(shè)計(jì)不同的生物信息學(xué)方法對(duì)可變剪接調(diào)控機(jī)制與疾病的相關(guān)性進(jìn)行分析和研究。研究主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
　　 組織特異性可變剪接與疾病的研究。不同組織中特有的可變剪接模式稱為組織特異性可變剪接。論文

2、以睪丸及睪丸癌組織為研究對(duì)象，基于EST序列數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一種識(shí)別模型，在全轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)預(yù)測睪丸及睪丸癌組織特異性可變剪接事件，并進(jìn)一步對(duì)這些識(shí)別出的剪接模式進(jìn)行研究，分析這些剪接模式的核酸傾向性，染色體偏好性，以及與睪丸組織疾病之間的關(guān)系。利用所提出的方法，基于GeneBank中的dbEST數(shù)據(jù)庫，哺乳動(dòng)物EST文庫，以及開放閱讀框文庫的數(shù)據(jù)，成功預(yù)測出具有睪丸及睪丸癌組織特異性的可變剪接模式。
　　 物種特異性可變剪接與疾病的

3、研究。可變剪接在不同的物種中有著不同的剪接模式，其致病機(jī)理也有所不同。論文設(shè)計(jì)了一種研究物種特異性可變剪接與疾病相關(guān)性的生物信息學(xué)框架。從各個(gè)角度研究物種特異性可變剪接的特點(diǎn)。首先，對(duì)人類在小鼠和狗基因組中的保守性剪接模式進(jìn)行識(shí)別，從而確定出具有物種特異性的剪接模式，然后對(duì)這些剪接模式進(jìn)行多方面的分析研究，主要包括可變外顯子，可變剪接位點(diǎn)的保守性分析，剪接位點(diǎn)功能傾向性的分析，以及剪接位點(diǎn)的分布等。應(yīng)用該生物信息學(xué)框架，成功預(yù)測了人類特

4、異性可變剪接的保守模式，并分析了這些模式的特點(diǎn)；應(yīng)用Fisher檢驗(yàn)方法，對(duì)人類具有物種特異性可變剪接的模式與相關(guān)疾病數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，物種特異性可變剪接與疾病密切相關(guān)。
　　 RNA-蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)域預(yù)測及其與疾病的相關(guān)性。RNA-蛋白質(zhì)調(diào)控基因在后轉(zhuǎn)錄過程中的眾多關(guān)鍵過程。為研究RNA-蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)域的特性及其與相關(guān)疾病之間的關(guān)系。論文提出一種基于HMM的預(yù)測方法，對(duì)SFRS1蛋白質(zhì)的結(jié)合區(qū)域進(jìn)行從頭預(yù)測。方法中考慮到

5、RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)合位點(diǎn)的影響，將序列信息與結(jié)構(gòu)信息結(jié)合起來對(duì)建立的HMM進(jìn)行訓(xùn)練，應(yīng)用訓(xùn)練好的HMM對(duì)RNA-蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測；然后應(yīng)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)參與RNA-蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)域的可變剪接事件進(jìn)行預(yù)測，以盒式外顯子為例，預(yù)測參與剪接調(diào)控的盒式外顯子數(shù)目，方法中考慮到結(jié)合位點(diǎn)與剪接位點(diǎn)之間距離的遠(yuǎn)近對(duì)結(jié)合位點(diǎn)有影響，在構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)時(shí)將距離因素考慮進(jìn)來；最后對(duì)RNA-蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)域的點(diǎn)突變與疾病數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索，找出二者之間的相關(guān)性。通

6、過對(duì)SFRS1蛋白質(zhì)的結(jié)合序列的測試表明，HMM方法能準(zhǔn)確預(yù)測出蛋白質(zhì)結(jié)合RNA的區(qū)域，其準(zhǔn)確率高于現(xiàn)有的預(yù)測方法。以盒式外顯子為例，成功預(yù)測出119個(gè)參與調(diào)控RNA-蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)域可變剪接的盒式外顯子。進(jìn)一步與疾病數(shù)據(jù)庫的研究發(fā)現(xiàn)：結(jié)合區(qū)域的異常與疾病密切相關(guān)。
　　 癌癥特異性可變剪接?？勺兗艚邮前┌Y表達(dá)的天然來源，某些特定剪接模式的改變與癌癥具有很強(qiáng)的相關(guān)性。論文基于外顯子芯片數(shù)據(jù)，對(duì)癌癥特異性剪接進(jìn)行研究，首先，設(shè)計(jì)外顯

7、予芯片數(shù)據(jù)處理的方法，檢測剪接事件；然后建立一種癌癥特異性可變剪接模體表達(dá)水平的預(yù)測模型，預(yù)測出具有癌癥特異性的剪接事件；通過對(duì)結(jié)腸癌組織與正常結(jié)腸組織的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)許多具有結(jié)腸癌特異性的剪接變體，其中一些已經(jīng)得到注釋與癌癥相關(guān)，大部分識(shí)別出的剪接變體影響細(xì)胞組織，細(xì)胞間質(zhì)或者綜合信號(hào)，可能參與細(xì)胞遷移與入侵。結(jié)果表明，利用外顯子芯片技術(shù)，結(jié)合剪接模體表達(dá)水平預(yù)測模型對(duì)癌癥特異性剪接進(jìn)行研究，不僅可以在基因組范圍內(nèi)識(shí)別出不同的可變剪接變體