基于新一代測序的microRNA生物信息學(xué)分析及其平臺(tái)的建立.pdf

1、MicroRNA(miRNA)是機(jī)體內(nèi)源性表達(dá)的一類長度約為22個(gè)堿基的非編碼小RNA。MicroRNA通過與靶mRNAs的3’非翻譯區(qū)結(jié)合成雙鏈，在轉(zhuǎn)錄后水平上抑制靶基因的mRNA翻譯或降解靶基因mRNA來發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。根據(jù)miRBase數(shù)據(jù)庫最新版本統(tǒng)計(jì)，目前己經(jīng)在142個(gè)物種中總共發(fā)現(xiàn)了15172個(gè)microRNA基因，產(chǎn)生17341個(gè)成熟microRNA及其反義鏈。目前認(rèn)為microRNA參與很多重要的生物學(xué)過程和行為，如細(xì)胞代

2、謝，細(xì)胞發(fā)育分化，胞間通信，細(xì)胞凋亡，造血作用，胰島素分泌，氧化應(yīng)激，等等。更重要的是，研究表明在某些疾病發(fā)生時(shí)，microRNA表達(dá)水平也隨之發(fā)生變化：如帕金森綜合癥，神經(jīng)退行性病變，精神分裂癥和腫瘤發(fā)生。
　　 MicroRNA在不同物種和組織中表達(dá)水平差異很大，所以，能準(zhǔn)確而靈敏地檢測出microRNA在相應(yīng)物種、組織器官中的含量非常重要。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法檢測microRNA過程冗長，技術(shù)復(fù)雜，且很難獲得表達(dá)豐度低，具有組織和

3、時(shí)間表達(dá)特異性的microRNA。Sanger測序在引物設(shè)計(jì)、測序反應(yīng)等方面存在困難，并且Sanger測序只能針對(duì)已有小RNA設(shè)計(jì)引物。較短的序列長度雖然是目前新一代測序難以打破的瓶頸，卻正好可以覆蓋microRNA的長度。新一代測序研究microRNA可實(shí)現(xiàn)在無需預(yù)先知道序列信息的情況下高通量的研究小RNA分子。同時(shí)，通過新一代測序技術(shù)進(jìn)行深度測序，可以檢測到低表達(dá)的微量microRNA分子。
　　 新一代測序能更靈敏而準(zhǔn)確的

4、檢測microRNA，但僅完成測序還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。介于目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的測序結(jié)果格式，而各個(gè)測序公司的測序結(jié)果與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，同時(shí)，測序結(jié)果的數(shù)據(jù)量也在以驚人的速度擴(kuò)增，已經(jīng)完全超出人力分析的范圍，應(yīng)用生物信息學(xué)技術(shù)將測序結(jié)果進(jìn)行解讀，按照研究需要進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)分析，轉(zhuǎn)化成適合研究人員理解的信息成為目前最為迫切的需求。
　　 本課題利用生物信息學(xué)技術(shù)建立了一個(gè)完整的microRNA高通量測序數(shù)據(jù)分析流程，能夠一次性完成從最

5、初的測序原始數(shù)據(jù)預(yù)處理到最終的microRNA表達(dá)量分析以及多個(gè)樣本的microRNA表達(dá)量差異化分析。同時(shí)，還整合了預(yù)測未知microRNA的功能，將流程的實(shí)用性和適用性進(jìn)一步提高。另外本分析流程提供了豐富的選擇參數(shù)，研究者在應(yīng)用分析流程的過程中可以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的個(gè)性化分析。本課題除了完成分析流程的開發(fā)以外，還將分析流程整合于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，取名mirTools，免去了研究者安裝軟件，調(diào)試流程，下載數(shù)據(jù)庫等準(zhǔn)備工作。同時(shí)，平臺(tái)具有友好的圖形

6、化界面，幫助研究者對(duì)測序數(shù)據(jù)進(jìn)行理解。通過使用平臺(tái)，用戶可以：
　　 1．過濾測序數(shù)據(jù)中的接頭和低質(zhì)量數(shù)據(jù)等;
　　 2．將測序數(shù)據(jù)歸入microRNA、非編碼RNA、重復(fù)序列、外顯子等4個(gè)分類并進(jìn)行詳細(xì)注釋；
　　 3．預(yù)測未能注釋的序列中包含的未被發(fā)現(xiàn)的microRNA及其二級(jí)結(jié)構(gòu);
　　 4．統(tǒng)計(jì)分析差異表達(dá)的microRNA。
　　 為了測試流程的準(zhǔn)確性，我們選擇了Morin人類胚胎干細(xì)胞