基于遗传算法酵母核小体定位性质预测

在DNA序列上,定位模糊的特殊核小体与定位良好的普通核小体同时存在于染色体区域内,但由于二者的化学性质差异不明显,区分较为困难。本文针对实验核小体在真核基因转录起始位点周围的分布规律和保守性建立了一个核小体分布模型,并在前人所做的预测核小体位置的工作基础上,利用遗传算法寻找模型上不同性质核小体的分布中心,构建核小体定位性质判别准则,最终确定了转录起始位点上、下游定位良好和模糊核小体的位置。     

基于DNA变形能的核小体定位预测方法研究进展

真核细胞中,作为染色质基本结构单元的核小体参与调控基因的转录、DNA复制、重组以及RNA剪接等诸多生物学过程。阐明核小体定位机制并准确预测核小体在染色体上的位置对解读染色质结构与功能有重要生物学意义。在过去30多年时间里,研究人员发展了多种预测核小体位置的方法。最理想的方法应考虑DNA序列、组蛋白修饰和染色质重塑等影响核小体定位的诸多因素,然而现实中,捕捉主要因素的模型也往往具有很高的鲁棒性和实用价值。DNA序列偏好性是在全基因组尺度上影响核小体定位的最重要因素之一,因此基于DNA序列的核小体定位预测方法也最常见。这种方法可大致分为两类,即基于DNA序列信息的生物信息学模型和基于DNA变形能的生物物理学模型。本文重点介绍生物物理学模型近些年取得的主要进展。     

核小体定位模式及其与DNA甲基化位点分布的关系

核小体定位是指DNA双螺旋相对于组蛋白八联体的位置.核小体定位通过限制蛋白结合位点参与基因转录调控.本文利用实验检测的人类CD4+ T细胞核小体定位数据,研究了核小体定位在转录因子结合位点(TFBS)和转录起始位点(TSS)附近的分布模式,并分析了在TFBS和TSS周围,核小体定位与DNA甲基化之间的关系.结果表明,在休眠和激活的人类CD4+ T细胞中,部分TFBS和TSS周围的核小体定位在动态改变,即在定位和缺失两种状态之间切换.在TFBS周围,核小体定位和DNA甲基化存在一种互补模式,核小体定位与DNA低甲基化相联系;而在TSS周围,两者呈现同步模式,DNA高甲基化伴随高核小体水平.而且,在TFBS和TSS周围,DNA甲基化位点的分布呈周期模式.CD4+ T细胞被激活时,较少的转录因子启动了较多的基因.     

人类基因组核苷酸多态性位点核小体定位分析

研究人类基因组核苷酸多态性位点周围核小体的定位,对于分析核苷酸的变异机制有重要意义.分析了人类基因组单核苷酸多态性(SNP)位点、简单插入位点、插入删除位点和删除位点的分布规律,以及这些位点周围的核小体定位特征.结果表明:转录起始位点下游的核苷酸多态性位点分布呈现约211 bp的周期特征,单核苷多态位点另有一个146 bp的周期;约211 bp的周期与转录起始位点下游核小体的分布周期204 bp非常接近,146 bp的周期恰是核小体核心DNA的长度.这些结果说明核小体与多态性位点的分布关系密切.进一步研究证实,单核苷酸多态性位点多分布于核心DNA上,且多位于核心DNA的两端,这使得单核苷酸多态性位点具有146 bp周期,而插入、插入删除、删除多态性位点多分布于核小体排开区域,间隔约为204 bp.转录起始位点下游核小体等间隔的规则分布使得多态性位点的分布也具有周期性.研究表明,相对于核小体,不同类型变异发生的位置不同,核小体定位在基因组多态性位点的形成过程中具有重要作用.     

Pre-mRNA选择性剪接的调控及选择性剪接数据库

Pre-mRNA选择性剪接是真核生物转录组和蛋白质组多样性的主要来源,也是细胞分化、发育等过程中重要的基因表达调控方式。约95%的人类多外显子基因存在RNA选择性剪接|很多人类基因疾病的发生与RNA剪接错误相关。随着共转录现象的发现,RNA选择性剪接调控机制研究也取得了很大进展。本文分别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,系统地阐述了RNA选择性剪接的调控机制。为便于搜索,本文介绍了近10年来RNA选择性剪接相关的数据库。     

表观遗传因素在RNA剪接过程中的作用

RNA剪接是真核生物基因表达过程中的重要环节,增加了蛋白质的多样性和基因表达的可调节性. 日益增多的研究表明,RNA剪接并不是独立的生物过程.RNA Ⅱ型聚合酶(RNA polymerase-Ⅱ, RNA Pol Ⅱ)、核小体定位和组蛋白修饰等因素都与RNA剪接过程密切相关.阐明RNA Pol Ⅱ、核小体定位和组蛋白修饰等因素在RNA剪接过程中的作用,将为剪接位点的准确识别和剪接调控机制的研究提供新思路.本文综述了RNA Pol Ⅱ、核小体定位和组蛋白修饰等因素对RNA剪接的影响以及它们在RNA剪接过程中的调控作用.     

核小体定位的转录调控功能研究进展

核小体是真核生物染色质的基本组成单位,组蛋白八聚体在DNA 双螺旋上精确位置称为核小体定位．核小体定位已被证实在基因转录调控、DNA复制与修复、调控进化等过程中扮演着重要的角色．随着染色质免疫共沉淀-芯片(ChIP-chip)与染色质免疫共沉淀-测序(ChIP-seq)等高通量技术的出现,已测定了多种模式生物全基因组核小体定位图谱,掀起了一股核小体定位及其功能的研究热潮,并取得了一定的成果．本文介绍了核小体定位的概念,总结了核小体在启动子与编码区域内定位的基本模式．在此基础上,综述了核小体定位在转录起始、转录延伸、基因表达模式多样化以及可变剪接等方面的功能研究进展．     

果蝇核小体定位研究进展

基因组上核小体位置的确定涉及DNA、RNA聚合酶、转录因子、后转录修饰与组蛋白变异、组蛋白修饰酶和染色质重塑复合体之间的相互作用。真核状态基因组的DNA是被包裹在核小体中,故理解控制核小体沿DNA定位的原理对于进一步理解组蛋白结合所执行的基因功能是非常必要的。而核小体的定位在诸多细胞过程中起着重要重要,比如转录调控、DNA复制和修饰等。因此核小体定位已逐渐成为目前遗传学研究的热点以及表观遗传学的重要研究内容并且也将在未来生物学研究中占据相当重要的位置。本综述以果蝇为例,全面介绍核小体定位的研究现状和未来方向。     

核小体及染色质修饰的基因组分布模式和染色质状态

染色质是真核DNA的存在方式,可以通过影响DNA的可及性调节基因转录,其基本单元为核小体,系由约147 bp的DNA缠绕在组蛋白八联体上形成的结构,核小体之间以连接DNA相连．核小体组蛋白上能发生甲基化和乙酰化等化学修饰．核小体位置、DNA的甲基化和组蛋白的修饰等对染色质状态(常染色质或异染色质)及基因组之间的长程相互作用有重要影响．近年,基于高通量测序技术,核小体位置和染色质修饰在多种细胞中的基因组分布已被测定．结果显示,这些标记的分布模式具有位点特异、动态变化、相互偶联和高度复杂的特征．本文详细回顾并评述了核小体位置和染色质修饰的分布模式、对应生物学功能、修饰之间的关联、实验测定技术、染色质状态的计算分析等内容．该工作对于深入认识和理解染色质的表观遗传调节机制有重要意义．     

多样性增量结合支持向量机方法预测酵母核小体定位

作为目前遗传学热点领域表观遗传学的重要研究课题,核小体定位参与多种生物学过程并起着非常关键的作用,因此用理论方法预测核小体定位具有重要的生物学意义。该工作以酵母基因组为研究对象,根据其核心DNA与连接DNA序列的组分特征差异,分别统计其核苷酸k联体出现的频数,计算其多样性增量,并以此为特征值输入支持向量机构建模型。对酵母核小体核心DNA和连接DNA序列进行分类预测,整体准确率和相关系数分别达到93.10%和0.862。此方法在人类和果蝇的核小体核心DNA和连接DNA序列分类预测中也取得了较为理想的效果。将模型用于预测核小体在基因组上的位置取得初步成功。     

Prediction of nucleosome occupancy in Saccharomyces cerevisiae using position-correlation scoring function

Knowledge of the detailed organization of nucleosomes across genomes and the mechanisms of nucleosome positioning is critical for the understanding of gene regulation and expression. In the present work, the bias of 4-mer frequency in nucleosome and linker sequences of the S. cerevisiae genome was analyzed statistically. A novel position-correlation scoring function algorithm based on the bias of 4-mer frequency in linker sequences was presented to distinguish nucleosome vs linker sequences. Five-fold cross-validation demonstrated that the algorithm achieved a good performance with mean area under the receiver operator characteristics curve of 0.981. Next, the algorithm was used to predict nucleosome occupancy throughout the S. cerevisiae genome and relatively high correlation coefficients with experiment maps of nucleosome positioning were obtained. Besides, the distinct nucleosome depleted regions in the vicinity of regulatory sites were confirmed. The results suggest that intrinsic DNA sequence preferences in linker regions have a significant impact on the nucleosome occupancy.