miRNA靶基因優(yōu)選及網(wǎng)絡(luò)分析.pdf

1、microRNAs(miRNAs)是一類內(nèi)源性非編碼RNA分子，長度為19~23nt。近年來發(fā)現(xiàn)它與多種生命活動密切相關(guān)，并且在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的作用。miRNA本身并不編碼蛋白質(zhì)，它是通過與轉(zhuǎn)錄后的mRNA結(jié)合，抑制翻譯或直接降解 mRNA來調(diào)控基因表達。研究 miRNA及其靶基因，對于理解miRNA的作用機制以及認識 miRNA在疾病發(fā)生和發(fā)展過程中的作用具有重要意義。
　　miRNA靶基因的識別主要包括兩種途徑，

2、其中分子生物學實驗是確定miRNA靶基因的基本途徑，但它存在識別靶基因數(shù)量有限、操作過程復(fù)雜且耗時久等缺點，不能滿足對miRNA及其靶基因的整體認識。因此生物信息學家利用計算機技術(shù)，基于miRNA與靶基因的結(jié)合特點開發(fā)了一系列預(yù)測miRNA靶基因的工具，例如：Targetscan、microT、miRanda、miRTarget、Pictar和PITA等。這些方法大多基于種子位點的序列匹配、結(jié)合位點的自由能以及位點保守性等特征，然而這些

3、特征還不足以對靶基因進行準確識別和預(yù)測，所得結(jié)果往往具有較高的假陽性。近年來，隨著已證實靶基因數(shù)量的不斷積累，以及對miRNA靶基因結(jié)合特點的不斷認識，使得我們可以對 miRNA的靶基因進行進一步地分析和篩選。
　　在本研究中，我們開發(fā)了一種對miRNA靶基因進行優(yōu)選的方法TarpriGO。TarpriGO由三部分構(gòu)成：第一部分，基于被同一個miRNA調(diào)控的靶基因具有功能注釋相似性原理，計算候選基因與已證實靶基因間的功能相似性，對

4、候選靶基因進行排序；第二部分，針對現(xiàn)有預(yù)測工具都具有一定準確性但預(yù)測結(jié)果重合率低的特點，為多來源數(shù)據(jù)分配權(quán)重，計算候選靶基因的綜合得分并排序；最后，綜合兩部分的結(jié)果得出TarpriGO的最終靶基因排序。為驗證該方法的可靠性，我們用留一交叉驗證法檢測該方法對已知靶基因的優(yōu)選性能，得到AUC值為0.93，說明TarpriGO對已知靶基因具有較好的優(yōu)選效果。另外，將高通量靶基因數(shù)據(jù)比對到優(yōu)選列表中得AUC值為0.70，說明TarpriGO對潛

5、在的靶基因有一定的識別能力。與其它優(yōu)選算法比較，發(fā)現(xiàn)本算法對標準靶基因集有更好的識別能力。并且與原有預(yù)測工具的靶基因列表比較，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選后的已證實的靶基因排名顯著提高。另外，對六個原有靶基因預(yù)測工具最優(yōu)權(quán)重分析發(fā)現(xiàn)，Pictar和Targetscan算法的權(quán)重65％以上的大于平均權(quán)重1/6，說明這兩種預(yù)測工具更為可靠。
　　一種miRNA分子可調(diào)控多種基因的表達，同一個基因也可能被多種miRNA調(diào)控，這種復(fù)雜而精確的調(diào)控關(guān)系構(gòu)成了m

6、iRNA-靶基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。而對miRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的分析，有助于進一步理解miRNA作用的分子機制及miRNA在疾病中的作用機理。本文以與藥物成癮相關(guān)的基因及其靶基因為例，構(gòu)建并分析miRNA-疾病調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與miRNA-靶基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果顯示，一種miRNA能夠調(diào)控多種致病基因，所以在復(fù)雜疾病中miRNA起到了中心調(diào)控作用。一種疾病伴隨多種miRNA差異表達，表明同一種疾病中多種miRNA具有協(xié)同作用。在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，我們篩選出四種可

7、能與尼古丁成癮相關(guān)的miRNA，分別是hsa-miR-124-3p、hsa-miR-16-5p、hsa-miR-155-5p和hsa-miR-222-3p。通過對它們的靶基因進行功能注釋和通路富集分析，發(fā)現(xiàn)許多與尼古丁成癮相關(guān)的生物過程、細胞組成以及生化通路在這些靶基因中顯著富集，進一步驗證了這些miRNA與尼古丁成癮相關(guān)。
　　綜上所述，本文在分析miRNA及其靶基因?qū)?yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種對miRNA靶基因進行優(yōu)選的工具T