成熟mRNA與其內含子序列的相互作用機制.pdf

1、隨著許多模式生物全基因組測序工作的完成，目前已獲得了大量的序列信息，通過分析這些序列發(fā)現(xiàn)在整個序列中編碼序列只占很小的部分，絕大部分是非編碼序列，而這些非編碼序列所蘊含的生物學信息和具有的生物學功能還很少為人知曉。一些研究結果顯示這些非編碼序列在生命活動中可能起著十分重要的作用。探究其具有的生物學意義已成為生物信息學研究的熱點課題。內含子作為一類非編碼RNA與編碼序列一起轉錄。證據(jù)表明，內含子序列與相應的mRNA序列存在相互作用，對基因

2、表達有重要作用?；谶@一理論，我們采用Smith-Waterman局域比對方法給出內含子序列與對應mRNA序列的最佳匹配片段，分別分析了它們在mRNA序列上和內含子序列上的F值分布和最佳匹配片段的特征，并對相互作用機制進行了探討。
　　1.剪接后的內含子與相應mRNA序列之間存在序列匹配關系，它們參與基因的表達和調控過程。為了揭示兩者之間的序列匹配特征，基于線蟲全基因組基因序列和其核糖核蛋白基因序列，采用Smith-Waterma

3、n局域比對方法得到外顯子連接序列與相應內含子序列的最佳匹配片段，分析了外顯子連接序列上的F值分布。發(fā)現(xiàn):1）連接點兩側匹配頻率分布有明顯的差異，顯示出了外顯子的邊界。最佳匹配片段的平均長度和配對率分布與siRNA和miRNA的結合特征相同。2）第一內含子和長內含子在外顯子連接序列上的分布偏好與其他內含子有明顯區(qū)別。3）對第一內含子和長內含子而言，高GC含量、富含CG和高λCG值的最佳匹配片段在外顯子連接序列上表現(xiàn)出明顯的偏置，在外顯子上

4、游EJC結合區(qū)域的匹配頻率出現(xiàn)極小值分布。結果表明:EJC和內含子在與外顯子序列結合的過程中存在相互競爭和相互協(xié)作的關系，內含子序列與編碼序列是協(xié)同進化的，通過相互作用完成應有的功能。
　　2.將27個物種的核糖核蛋白RNA序列與相應內含子序列進行局域比對，獲得mRNA序列上各個位點的配對頻率。然后對mRNA序列長度進行標準化（歸一），給出mRNA序列上相對位點匹配強度隨其長度的分布。分析各類編碼序列（成熟mRNA序列、蛋白編碼序

5、列、外顯子連接序列、5'連接序列和3'連接序列）上最佳匹配區(qū)域分布的規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)，在mRNA序列上，UTR區(qū)與內含子存在較強的相互作用。在編碼序列上存在多個最佳匹配區(qū)域和低配區(qū)域，推測這些低配區(qū)域可能是蛋白質復合體的結合區(qū)域。在mRNA功能位點附近，如翻譯起始、翻譯終止位點、外顯子連接位點及EJC區(qū)域，最佳匹配頻率分布有明顯的不同。研究表明，基因的表達調控是由mRNA、內含子和結合蛋白因子三者之間形成的網(wǎng)絡調控關系決定的。通過內含子和

6、結合蛋白的調控決定mRNA的高級結構、協(xié)助mRNA出核、調節(jié)mRNA翻譯等過程。各種分析結論均支持內含子與mRNA之間存在相互作用的論點。
　　3.與上述方法相似，同樣基于27個物種的核糖核蛋白基因為研究對象，我們對內含子序列不做統(tǒng)一的標準化，首先，將內含子按照長度進行分組，然后與相應的mRNA序列進行局域比對，獲得最佳匹配片段在內含子序列上各個位點匹配強度分布。結果表明，隨著內含子序列長度的增加，內含子序列上的分布逐漸由一個峰過

7、度到兩個峰甚至多個峰分布。內含子的5'區(qū)域或第一個結構單元是成熟序列，而3'區(qū)域是未成熟區(qū)或是正在演化的區(qū)域，內含子的長度進化進程是從5'端開始的向著3'端進行的，新生單元是從內含子3'端一段一段加上去的，給出了內含子長度演化的一種可能的機制。內含子上的結構單元長度為60bp，而兩個結構單元間的連接序列的長度確實變化的。結論表明，不同長度的內含子在調控mRNA序列結構方面是不同的。同時也揭示了內含子的結構和長度的進化特征。
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8、.我們以13個物種的第1號染色體基因組為研究對象，采用Smith-Waterman算法進行局域比對，獲得mRNA序列和相應內含子序列之間的最佳匹配片段。分析mRNA序列上最佳匹配片段序列特征及匹配頻率的分布規(guī)律，并分析這種相互作用分布的普適性。發(fā)現(xiàn)，最佳匹配片段的平均長度和配對率分布與siRNA和miRNA的結合特征相同;在mRNA序列上，UTR區(qū)與內含子存在較強的相互作用，低GC片段傾向與3'UTR區(qū)作用，而高GC片段傾向結合到5'U

9、TR區(qū);翻譯起始位點和翻譯終止位點可以被識別通過它們的最佳匹配頻率分布。結論表明，最佳匹配片段的序列特征符合RNA-RNA相互作用的一般規(guī)律，內含子應該是一類調控基因表達的功能片段。在完成運轉和翻譯過程中，mRNA序列與內含子序列的相互作用充分考慮了結合蛋白的位置。內含子與結合蛋白在與mRNA結合存在競爭和協(xié)作機制。內含子序列與成熟mRNA序列相互作用方式可以調節(jié)mRNA的結構、指導mRNA出核。
　　總之，本文主要提出了一個基本