转录因子结合位点的计算预测方法研究进展

转录因子结合位点的计算预测是研究基因转录调控的重要环节,但现有算法的预测特异性偏低.在深入分析转录因子结合位点生物特征的基础上,对当前基于保守模体和基于比较基因组学的两类计算预测方法进行了综述,指出了方法各自的优点和不足,并探讨了可能的改进方向.     

基于转录调控模体的人不同组织基因差异性的统计分析

转录调控是基因表达调控的主要过程,而转录调控模体使用的差异性可能是导致基因组织特异性的因素之一.本文提出一种不同组织基因调控差异性的统计分析方法,首先结合泊松分布和主成分分析提取基因启动子中过表达模体作为潜在的转录因子结合位点.基于这些位点通过Wilcoxon秩和检验获得不同组织基因结构的差异性.再用超几何分布确定出现次数显著的模体作为组织基因的特有模体,并分析特有模体的碱基特征及在启动子序列中的位置分布.将特有模体与TRANSFAC数据库进行对照,得到潜在的调控组织特异性基因的转录因子结合位点.以人管家基因及30个组织特异性基因为分析对象,得到不同组织调控模体使用的差异性信息.     

NTERA-2细胞中人类CDCA8基因的转录因子谱的芯片分析

为了研究细胞周期相关基因8（CDCA8）的转录调控机制,首先克隆了人类CDCA8基因5’端上游的1071 bp转录调控区。生物信息学预测发现,此区域存在一系列已知转录因子的可能结合位点。联合运用DNA pull-down和转录因子芯片技术分析发现共有114种转录因子在人恶性多发性畸胎瘤细胞（NTERA-2）中与该区域结合, 其中某些转录因子有预测的结合位点,其他没有预测结合位点的转录因子可能是以复合物的形式结合到CDCA8基因的转录调控区。     

老年痴呆症相关基因Nicastrin的转录调控

APP蛋白经过降解,形成老年痴呆症患者脑内老年斑的主要成分.由PS(早老素),NCT,PEN-2和APH-14种膜蛋白组成的γ分泌酶催化该降解过程.为了了解人类nicastrin(NCT)基因的转录调控机制,确定了其在人脑中的转录起始位点以及其编码区上游大小不等片段的转录起始活性.EMSA分析证实NCT启动子区的4个AP-1结合位点和2个NFAT结合位点能够与相应的转录因子结合,能够改变转录因子调控能力的定点突变和PDTC诱导使得NCT启动子在HeLa细胞和人鼠皮质神经元中的启动活性都有所改变.以上结果说明:AP-1和NFAT确实参与了人类NCT基因的转录调控.     

基于对数线性模型的酵母基因转录调控模体分析

识别真核基因的转录因子结合位点(或称模体)是后基因组时代的一项主要工作,对共表达或共调控的基因同时进行分析可以提高模体识别的准确性.本文基于2×2列联表的对数线性模型,以模体出现的基因条数计数,对酵母核糖体蛋白(RP)基因普遍使用的转录调控模体进行分析,然后用U-检验进一步筛选出相对于背景序列来说过表达的模体.这些模体为酵母RP基因潜在的转录调控元件,与实验获得的转录因子结合位点的符合率达90%.本方法的优点在于用严格的统计标准在一组基因启动子中搜索普遍使用的模体,克服了以往分析中对模体使用普遍性的模糊判断.本文的方法也可以有效地搜索共表达基因族的组合调控模体对.研究中还发现一个现象:2×2列联表中反映属性相关程度的Pearson相关系数与对数线性模型的交互效应之间存在着明显的相关性.这一结果提示,可以用对数线性模型的交互效应来评价两属性的关联情况.     

通过系统分析揭示组蛋白修饰模式与转录因子结合之间的关联

转录因子对顺势调控元件的选择性结合,在哺乳动物细胞类型特异的基因表达中扮演重要的角色.这个过程受到染色质表观遗传状态的潜在调控.近期,染色质免疫共沉淀结合测序的研究提供了大量泛基因组水平的数据,阐述转录因子结合以及组蛋白修饰的位点,这为系统地研究转录因子和表观遗传标记之间的空间及调控关系提供了基础.该研究对公共数据库中的染色质免疫共沉淀结合测序数据进行整合分析,涉及5个细胞系中的85种转录因子、9种组蛋白修饰,目的是研究转录因子结合位点与组蛋白修饰模式以及基因表达在泛基因组水平上的关联.作者发现,不同转录因子与组蛋白修饰的共定位模式高度一致,并且组蛋白修饰在距离转录因子结合位点约500碱基对的位置富集.作者还发现,转录因子结合位点的占有率与活性组蛋白修饰的水平和双峰模式正相关,并且启动子区域组蛋白修饰的双峰和共定位模式和基因的高转录水平相一致.组蛋白修饰模式、转录因子结合位点的占有率与基因转录之间的关联暗示了细胞可能利用的基因表达调控机制.     

核糖体蛋白基因上游转录调控元件协同作用的分析

在对酵母基因上游区调控位点的研究中发现,具有高转录水平的基因几乎都是编码核糖体蛋白的,在低转录水平的基因中却没有发现核糖体蛋白基因,这一现象似乎提示着核糖体蛋白基因上游序列中含有较多潜在的有利于基因转录的转录因子结合位点.为了能对核糖体蛋白基因上游序列有一个系统全面的认识,本文采用多种统计方法从不同角度探测了核糖体蛋白基因上游序列中潜在的转录正调控位点,并对它们之间可能存在的协同作用模式进行了分析.     

利用序列保守模体和局部构象信息预测转录因子结合位点

转录因子结合位点的计算预测是研究基因转录调控的重要环节,但常用的位置特异得分矩阵方法预测特异性偏低.通过深入分析结合位点的生物特征,提出了一种综合利用序列保守模体和局部构象信息的结合位点预测方法,以极大相关得分矩阵作为保守模体的描述模型,并根据二苷参数模型计算位点序列的局部构象,将两类信息得分组合为多维特征向量,在二次判别分析的框架下进行训练和滑动预测.预测过程中还引入了位置信息量以优化似然得分和过滤备选结果.针对大肠杆菌CRP和Fis结合位点数据的留一法测试结果表明,描述模型的改进和多种信息的融合能有效地改善预测方法的性能,大幅度提高特异性.