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转录水平的调控发生在基因表达的最初阶段,是基因表达过程中最重要的一步,而真核基因的转录伴随着RNA的剪接调控,因此,异常的剪接调控往往会对基因的转录过程产生干扰。近些年,随着共转录现象的发现,RNA选择性剪接的研究焦点逐渐由剪接事件的识别转向剪接机制的研究,并取得了一定的进展。但以往的研究主要是从序列层面和核小体定位、组蛋白修饰、DNA甲基化及非编码RNA等表观遗传层面阐述RNA选择性剪接的调控机制,对于选择性剪接在转录过程中介导作用的机制尚不清楚。随着下一代测序技术的普及与发展,海量数据的产生为全转录组范围研究选择性剪接调控机制带来了希望。本文总结了该领域目前所遇到的主要难点和瓶颈,基于高通量生物数据,建立数学模型,并围绕这些难点,以人类复杂疾病为研究对象,对转录调控过程中选择性剪接的介导调控机制以及选择性剪接的发生机制进行了研究,主要包括以下几个方面:
(1)基于广义线性回归原理构建了选择性剪接介导转录调控模型,利用TCGA肾癌转录组测序数据,定量分析了不同剪接水平下转录因子活性变化,发现了选择性剪接对于转录因子与靶基因调控关系的介导作用。为深入研究选择性剪接在转录调控中的作用奠定了理论基础;该研究弥补了仅通过基因表达水平等单一因素来研究转录调控机制上的这一空缺,从而提高了选择性剪接在靶向治疗上应用的潜在可能。
(2)基于逻辑回归原理构建选择性剪接介导转录调控模型,利用TCGA脑胶质瘤转录组测序数据,分析选择性剪接在转录过程中对转录因子与靶基因的影响。由于基因调控的复杂性,某些转录因子与靶基因间的调控关系可能呈非线性相关。因此,在研究选择性剪接介导的转录调控过程中,“转录因子-靶基因-辅调节因子选择性剪接产物”所构成的三元调控关系会随着不同的因子变化而不同。为解决此困难,本部分基于逻辑回归分析方法构建数学模型,用以分析以选择性剪接为中心的三元调控关系,最后应用开源数据脑胶质瘤转录组测序数据对模型进行验证。预测结果显示,当转录辅调节因子在选择性剪接水平上发生改变时,会介导影响转录因子与靶基因间的调控关系。说明选择性剪接在转录调控中的介导作用是存在的,并且不依附于转录因子与靶基因间的实际调控关系。
(3)应用乳腺癌转录组测序数据,对选择性剪接所介导的转录调控过程进行研究。MYC是一种经典的肿瘤发生激活因子,涉及多种人类癌症的发病机制,可以激活或抑制大量的靶点,MYC的异常调控将促进癌症的发生和发展,并通常会与不良预后结果密切相关。本部分以经典转录因子MYC为研究对象,有针对性挖掘乳腺癌中调控MYC转录活性的选择性剪接事件,对其所参与的信号通路与转录调控进行关联分析。研究结果显示,乳腺癌中FN1、MEN1的选择性剪接异构体的比例对MYC转录活性产生影响,改变细胞内FN1、MEN1的选择性剪接类型会对其蛋白结构的空间构象或核定位产生影响,最终介导影响乳腺癌细胞中MYC的转录过程。
(4)应用阿尔兹海默症的转录组测序数据,对比分析了不同表达水平下、不同分子类型的辅调节因子对SRSF1靶RNA选择性剪接结果的影响。研究发现了SNHG7和VASN的差异表达会影响SRSF1对靶RNA的剪接调控结果,对研究复杂疾病中选择性剪接的调控作用提供参考。研究结果显示,差异表达的介导调节因子SNHG7及VASN会影响SRSF1对靶RNA的剪接调控作用,SRSF1在细胞内的定位以及在蛋白水平上的相互作用也会受到影响,最终干扰SRSF1基因的调控过程。
(1)基于广义线性回归原理构建了选择性剪接介导转录调控模型,利用TCGA肾癌转录组测序数据,定量分析了不同剪接水平下转录因子活性变化,发现了选择性剪接对于转录因子与靶基因调控关系的介导作用。为深入研究选择性剪接在转录调控中的作用奠定了理论基础;该研究弥补了仅通过基因表达水平等单一因素来研究转录调控机制上的这一空缺,从而提高了选择性剪接在靶向治疗上应用的潜在可能。
(2)基于逻辑回归原理构建选择性剪接介导转录调控模型,利用TCGA脑胶质瘤转录组测序数据,分析选择性剪接在转录过程中对转录因子与靶基因的影响。由于基因调控的复杂性,某些转录因子与靶基因间的调控关系可能呈非线性相关。因此,在研究选择性剪接介导的转录调控过程中,“转录因子-靶基因-辅调节因子选择性剪接产物”所构成的三元调控关系会随着不同的因子变化而不同。为解决此困难,本部分基于逻辑回归分析方法构建数学模型,用以分析以选择性剪接为中心的三元调控关系,最后应用开源数据脑胶质瘤转录组测序数据对模型进行验证。预测结果显示,当转录辅调节因子在选择性剪接水平上发生改变时,会介导影响转录因子与靶基因间的调控关系。说明选择性剪接在转录调控中的介导作用是存在的,并且不依附于转录因子与靶基因间的实际调控关系。
(3)应用乳腺癌转录组测序数据,对选择性剪接所介导的转录调控过程进行研究。MYC是一种经典的肿瘤发生激活因子,涉及多种人类癌症的发病机制,可以激活或抑制大量的靶点,MYC的异常调控将促进癌症的发生和发展,并通常会与不良预后结果密切相关。本部分以经典转录因子MYC为研究对象,有针对性挖掘乳腺癌中调控MYC转录活性的选择性剪接事件,对其所参与的信号通路与转录调控进行关联分析。研究结果显示,乳腺癌中FN1、MEN1的选择性剪接异构体的比例对MYC转录活性产生影响,改变细胞内FN1、MEN1的选择性剪接类型会对其蛋白结构的空间构象或核定位产生影响,最终介导影响乳腺癌细胞中MYC的转录过程。
(4)应用阿尔兹海默症的转录组测序数据,对比分析了不同表达水平下、不同分子类型的辅调节因子对SRSF1靶RNA选择性剪接结果的影响。研究发现了SNHG7和VASN的差异表达会影响SRSF1对靶RNA的剪接调控结果,对研究复杂疾病中选择性剪接的调控作用提供参考。研究结果显示,差异表达的介导调节因子SNHG7及VASN会影响SRSF1对靶RNA的剪接调控作用,SRSF1在细胞内的定位以及在蛋白水平上的相互作用也会受到影响,最终干扰SRSF1基因的调控过程。