基于大规模高通量RNA-seq数据对大鼠RNA编辑事件的全面探究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuzhuzhuxi
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RNA编辑是一种重要的转录后修饰的分子机制,是指在mRNA水平上改变遗传信息的过程。即:在基因转录产生的mRNA分子的过程中,由于核苷酸的缺失,插入或置换,使得基因转录物的序列与基因编码序列不互补,不能忠实地反映原有基因组上的信息的过程,它能潜在地影响mRNA翻译和调控。有些基因的主要转录产物必须经过RNA编辑产生正确的可读框,从而才能进行有效地翻译,也因此RNA编辑事件具有十分重要的生物学意义。RNA编辑事件可以改变氨基酸的序列、影响翻译起始密码子或终止密码子、破坏或者重新构建可变剪接的信号、影响miRNA前体加工以及成熟体的靶向功能。它不仅能增加蛋白质的多样性,而且在组织的发育和分化过程中起着举足轻重的作用。然而,异常的RNA编辑事件与抑郁症、精神分裂症、肌肉萎缩性侧索硬化症等疾病的发生有着千丝万缕的联系。大鼠作为一种十分重要的模式生物之一,因其特殊的生理特征、良好的品系资源以及与人类基因组存在着高度的同源性,从而被广泛地运用在药物毒理、药物代谢机理以及人类疾病治疗的研究领域中。与人类,小鼠,恒河猴,果蝇,小菜蛾等物种相比,对于大鼠较为全面的RNA编辑事件的研究仍然十分有限,几乎没有已发表的文献可供参考。因此,本文利用了大鼠RNA-seq数据,其中包括了11种组织和器官以及4个发育阶段(幼年、青少年、成年和老年)的320只不同性别的Fischer 344大鼠,进行了全面地RNA编辑位点的深入分析。建立了一整套仅仅只利用RNA-seq测序数据便能对RNA编辑事件进行鉴定、注释和分析的流程,通过与前人发表过与RNA编辑相关的文献进行挖掘验证可得出本文分析流程的结果具有很高的可信度。通过本文的这套分析流程,最终从320个样本中一共鉴定到了1,032,006个RNA编辑位点,经过去冗余的操作,仅有51,463个RNA编辑位点余下。由此可知,RNA编辑位点的重合度较高,这也与前人发表的RNA编辑事件更偏好于在多个样本共同发生的观点相契合。随后根据大鼠基因组注释的公共数据库可知,筛选出能唯一确定其正负链位置的RNA编辑事件来进行后续的研究,结果只剩下29,576个RNA编辑位点。最后对于这些位点进行了ANNOVAR注释分析,Pathway功能富集分析,进化保守性分析,3’UTR和5’UTR区域的RNA编辑位点生物学功能分析以及位点相邻近的上下游碱基偏好性分析等。通过分析发现:发生在大鼠这个物种体内的RNA编辑事件的类型主要分为四种,它们分别是C-to-T,A-to-G, G-to-A和T-to-C,并未像灵长类和大多数哺乳动物那样具有明显偏向于A-to-G的编辑类型;RNA编辑事件发生的频繁度与组织的活跃度以及基因的表达密不可分;发生在蛋白编码区域的RNA编辑位点可能会对相应的RNA二级结构和蛋白的三级空间结构造成一定影响。RNA编辑所在位点的上下游1bp位置的碱基具有显著的碱基偏好性;组织特异性的RNA编辑位点与其所在组织所行使的生物学功能高度相关。不仅如此,本文对发生在5’UTR区域的Kozak序列的RNA编辑现象进行了深入探究,并发现:RNA编辑事件可以对基因的转录和翻译产生十分显著地影响,这是前人未曾在该方向所涉及的,从一定程度上开拓了RNA编辑事件研究的范围。通过对于一个位于Cog3基因的物种间保守位点的验证分析可知,RNA编辑事件是经过了长期进化的结果并在物种间有一定保守性。这些分析充分地证明了RNA编辑事件对于生物体整个生命周期的生长和发育所体现出的意义是十分重大的。论文的这些研究成果将有助于科学工作者进一步地研究大鼠的编辑组学,从而提高大鼠模型在药物研发和临床转化中所体现出的应用价值。
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