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

1、RNA編輯(RNA editing)是在初始轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄后調(diào)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(nèi)的A-to-I RNA編輯現(xiàn)象引起廣大科學(xué)工作者的關(guān)注。它是指ADAR(adenosine deaminases acti

2、ng on RNA)編輯酶特異識別雙鏈初始轉(zhuǎn)錄本，并將某些特定位點(diǎn)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(zhì)受體的研究中發(fā)現(xiàn)，長的雙鏈結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)正是編輯酶ADAR特異性識別的底物二級結(jié)構(gòu)。A-to-IRNA編輯事件發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后剪接前，因而能夠潛在影響后續(xù)一系列加工和調(diào)控的過程。例如能夠引起密

3、碼子的改變，進(jìn)而潛在影響所編碼的蛋白質(zhì)的功能。發(fā)生在構(gòu)成性或可變剪切位點(diǎn)的RNA編輯事件可以創(chuàng)建或破壞前體mRNA剪接信號，導(dǎo)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(biāo)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(cè)索硬化癥，抑

4、郁癥等疾??；在果蠅和線蟲中則會引起神經(jīng)功能紊亂甚至胚胎致死的嚴(yán)重后果。實驗證明特異位點(diǎn)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(yīng)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(diào)整和改變，這些現(xiàn)象說明A-to-I RNA編輯與機(jī)體的相互調(diào)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(shù)進(jìn)行的，都是對單點(diǎn)的A-to-I RNA編輯事件進(jìn)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(yù)測平臺，系統(tǒng)的分析編輯事件的生物學(xué)功能及其生物學(xué)意義。
　　 正因為A-to-I RNA編輯事件有著廣泛且重要的生物學(xué)功能，一批科學(xué)家基于Alu序列在全基因組的范圍中預(yù)測出數(shù)以萬計的A-to-I RNA編輯位點(diǎn)，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(xué)意義。這樣大規(guī)模，高質(zhì)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(xué)方法預(yù)測得到的編輯位點(diǎn)信息與實驗得到的位點(diǎn)信息，利用生物信息學(xué)的方法，通過整合多樣資源(包括可本地化的蛋白質(zhì)功能分析和預(yù)測軟件，所需各類數(shù)據(jù)庫資源)，運(yùn)用perl語言編程，從核酸水平和蛋白質(zhì)水平分析A-to-I RNA編輯事件對非編碼RNA和mRNA轉(zhuǎn)錄后修飾的潛在影響以及對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能、理化性質(zhì)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(chǔ)上，對初步分析A-t

7、o-I RNA編輯事件潛在的生物學(xué)功能開展相應(yīng)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(yù)測平臺的構(gòu)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(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，對A-to-I RNA編輯的生物學(xué)功能和意義進(jìn)行初探。
　　 一、A-to-I RNA編輯功能預(yù)測平臺的構(gòu)建與實現(xiàn)
　　 目的：設(shè)計并構(gòu)建人A-to

8、-I RNA編輯功能預(yù)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(yīng)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(yù)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(yù)測平臺的設(shè)計，并用搜集到的A-to-I RNA編輯數(shù)據(jù)進(jìn)行性能測試與分析。
　　 結(jié)果：初步完成了A-to-IRNA編輯功能預(yù)測平臺

9、的構(gòu)建，并以目前搜集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)在全基因組的范圍內(nèi)對人A-to-I RNA編輯功能進(jìn)行了初探。
　　 結(jié)論：目前搭建的A-to-I RNA編輯功能預(yù)測平臺能夠?qū)崿F(xiàn)初步分析人A-to-I RNA編輯位點(diǎn)在核酸水平以及蛋白水平潛在的生物學(xué)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(yīng)用前景和實用價值。
　　 二、A-to-I RNA編輯事件生物學(xué)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(zhì)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(jìn)行實驗驗證和統(tǒng)計學(xué)分析。
　　 方法：基于A-to-I RNA編輯功能預(yù)測平臺所得到的結(jié)果，用分子生物學(xué)實驗技術(shù)驗證A-to-I RNA編輯對piRNA的影響的初步探究；用統(tǒng)計學(xué)的方法討論A-to-IRNA編輯事件對ESE影響的生物

11、學(xué)意義；在蛋白質(zhì)水平主要通過整理導(dǎo)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(zhì)可能造成影響。
　　 結(jié)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(diào)控作用；3640個A-to-I RNA編輯位點(diǎn)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(jié)果不同：在能改變氨基