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后基因组时代的分子生物学研究需要从整体的角度,系统地阐述基因参与的生物调控过程。基因调控网络是描述生物体内基因相互作用的方式之一,调控网络以节点表示生物体的基因,以节点之间的连线表示两个基因的相互作用。目前已有的研究主要关注蛋白编码基因之间的相互作用。
随着近年来非编码RNA(noncoding RNA),特别是miRNA功能研究的深入,显示生物体内存在着广泛的基因转录后调控。如一个miRNA基因可以调控数以百计的蛋白编码基因的表达;已有实验结果显示miRNA基因在胚胎发育、组织分化、癌症形成等过程中扮演着关键角色。
本研究提出了构建基因调控网络的新观点,通过综合不同来源的数据,首次构建了包含蛋白编码基因与非编码RNA基因的人类基因调控网络。
论文在miRNA靶目标预测的数据方面采用了综合多种计算机预测方法,以及结合作用位点保守与不保守两类情况的数据,通过GO(Gene Ontology)分析统计了miRNA预测靶基因的功能分布特点。提出现已发表的milRNA靶基因分析因为往往只使用一种计算机预测方法,并且只采用物种间保守的靶基因预测结果,可能导致所得出的推论与miRNA的实际功能不一致。
论文分析得到调控一个蛋白编码基因的miRNA数目,与该蛋白基因跟其他基因的相互作用数目之间存在着相关性。论文根据基因的调控miRNA数目与跟其他基因的相互作用数目两个属性对蛋白编码基因进行分类,发现受miRNA调控数目多的基因较多与转录相关;而与其他蛋白编码基因作用较多的基因,相应的miRNA作用位点数较少,并且与基因的翻译、RNA剪切等有关。
论文根据所建立的基因调控网络,系统地分析了人类基因组中涉及miRNA的三类作用模式:(1)宿主基因与内含子miRNA共同作用于另一个蛋白编码基因。其中发现了一个宿主基因与其内含子miRNA共同负调控靶基因的已验证的实例,为研究内含子miRNA的起源提供了新的材料;(2)miRNA簇中的不同miRNA分别作用于存在着相互作用的两个蛋白编码基因。其中一个预测的结果已为最新的实验结果所证实,为研究miRNA簇内的不同miRNA基因与靶基因之间的协同进化提供了参考数据;(3)预测了一个由两个宿主基因与其各自的内含子miRNA形成双向负调控回路的例子。本研究的结果为进一步认识人类miRNA基因的功能特性提供了重要参考,论文所预测的结果为实验验证提供了基础,为研究模式生物的基因调控机制的进化提供了参考。