可变剪接与蛋白质结构多样性

研究可变剪接和蛋白质结构多样性之间的相关性,对于理解可变剪接的功能具有重要意义。已有研究支持可变剪接增加蛋白质结构多样性的观点,但可变剪接影响蛋白质结构的程度、机制等还尚未阐明。作者基于具有确定三维结构的可变剪接蛋白质变体数据,从蛋白质结构差异和结构稳定性两个方面对致病和非致病的可变剪接蛋白质变体对进行了比较分析;通过建立实际可变剪接变体集和随机可变剪接变体集,并定义蛋白质的多样性增量(increment of diversity,ID)和疏水非均一性(hydrophobic non-uniformity,HI),研究了可变剪接发生的非随机性。结果表明:现有的多数可变剪接事件与随机剪接相比,倾向于增加蛋白质结构多样性;产生结构差异较大蛋白质的可变剪接事件倾向于导致疾病的发生。作者还提出了正负选择压力的动态平衡假说解释这一现象,认为与生命活动相联系的正选择压力促使增加蛋白质结构多样性的可变剪接事件在群体中固定,但反向的负选择压力约束着可变剪接改变蛋白质结构的尺度,细胞中现有的可变剪接正是这两种正负选择压力之间保持动态平衡的结果。     

选择性剪接的理论预测

可变剪接作为真核生物转录后加工机制普遍存在于不同组织、不同发育时期或不同病理状态下的基因表达调控过程中。对同一基因不同剪接变体的研究可使我们更深入的了解发育、进化、疾病发生机理等基本的生物学问题。讨论了一些基于序列比对而建立的可变剪接的理论预测方法,尚存不足之处,有待于进一步完善。     

选择性剪接与肿瘤靶向治疗

RNA剪接过程受到多种调节因子作用,以保证前体mRNA剪接的准确性。但是大量研究发现,在人类肿瘤中经常发生选择性剪接的异常或者来自特定癌症基因的剪接调控元件的突变。因此,RNA剪接调节剂作为一类新的癌蛋白和肿瘤抑制因子而逐渐受到关注,并有望通过调节参与致癌基因的RNA而达到治疗肿瘤的效果。改变RNA的异常剪接是治疗相关癌症的基础,这也为靶向治疗提供了更加丰富的靶点。本文综述了新发现的和预测的不同的剪接事件导致癌症的相关基因,并且对它们如何促成疾病的发病机制进行讨论。最后,我们总结了最新的针对可变剪接而发展的癌症诊断和治疗方法,包括使用小分子的剪接抑制剂来阻断剪接体或转录因子修饰酶,以调节特异性剪接导致的癌症。     

抗肿瘤多肽9R-P201诱导下的肝癌HepG2细胞转录组测序分析

旨在探索多肽9R-P201处理肝癌HepG2细胞后基因融合、单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)突变、可变剪接等事件,并分析差异表达基因所参与的生物学进程与信号通路,以期解析多肽9R-P201在转录组水平对肝癌细胞的调控。通过转录组测序检测9R-P201处理肝癌HepG2细胞前后基因差异表达情况,tophat-fusion软件检测基因融合,SAMTOOLS软件检测SNP位点,r MATS软件鉴定可变剪接,使用基因本体(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析方法对差异表达基因进行功能富集分析。结果共检测到可变剪接事件276个、SNP位点5 557个、基因融合事件45个;同时共得到显著差异表达基因403个,其中上调269个而下调134个,基因的功能富集分析结果显示差异表达基因显著富集细胞生长、迁移等肿瘤相关生物进程,并参与多条与癌症相关的信号通路。研究表明在9R-P201诱导HepG2细胞后,导致表达差异基因显著与肿瘤生物学进程和通路相关,并发生了大量可变剪接、SNP突变、基因融合等事件,这暗示着该多肽有望作为后续肝癌介入治疗潜在药物分子。     

真核基因可变剪接研究现状与展望

mRNA前体(pre-mRNA)的可变剪接是控制基因表达和产生蛋白质多样性的重要机制,是功能基因组时代的研究重点之一。生物信息学在识别可变剪接基因及其结构、分析可变剪接的功能和调控方式等方面具有重要作用。除了耗时的实验研究,识别可变剪接基因及其结构主要通过EST、mRNA等转录数据与基因组序列进行比对,获得同一基因的不同结构方式。分析蛋白质产物可对可变剪接的功能进行预测;潜在调控元件的统计分析则可为可变剪接调控机制的研究提供必要的数据。转录数据的时空信息以及比较基因组学对理解可变剪接信息的精确调控将提供重要资料。可变剪接及其调控机制的深入研究将为基因组和蛋白质组之间的对接提供重要的桥梁。     

中华猕猴桃基因组可变剪接事件鉴定及分析

可变剪接使一个基因能产生多种m RNA成熟体,极大地增加蛋白多样性.采用中华猕猴桃基因组数据做参考数据,利用中华猕猴桃叶片和果实3个不同发育时期(未成熟、半成熟和成熟期)的转录组数据,从中华猕猴桃基因组(39040个基因)中共鉴定出11651个基因(占总基因数的29%)对应的32180个可变剪接事件.在可变剪接不同类型中,内含子保留类型的发生频率最高,占50%以上;3′可变位点类型频率约为5′端可变类型的2倍.GO富集分析结果表明,可变剪接的基因主要富集于酶调控及核苷酸结合相关功能的GO类别中,而组织特有可变剪接基因功能富集热点与组织的重要功能关联,叶片多为肌动蛋白及微管相关;未成熟果实与双组分信号系统相关;半成熟果实多与磷脂合成过程相关;成熟果实多与信号传递过程相关.另外,55.6%的维生素合成相关基因发生可变剪接事件,显著高于基因组水平的29.6%,暗示着可变剪接参与维生素合成相关基因代谢过程中的重要作用.通过对中华猕猴桃全基因组可变剪接的分析,为解析中华猕猴桃基因组及进一步开展相关分子育种工作提供依据.     

嗜热四膜虫可变剪接基因鉴定及功能分析

可变剪接是产生蛋白质组多样性和调节基因表达的重要机制,相关研究在高等真核生物中开展较多,而在单细胞真核生物中则较少,尤其是单细胞原生动物纤毛虫中,仅有少量报道。本文基于单细胞模式原生动物嗜热四膜虫种大量转录组数据,对其可变剪接基因进行了鉴定及分析。在嗜热四膜虫中共鉴定到2 894个可变剪接位点,涉及到2 698个可变剪接基因,可分为四类。考虑到转录本拼接的准确性,选择了其中464个与基因组预测模型完全一致的可变剪接基因进行深入分析,其中生长(growth)时期、饥饿(starvation)时期、接合生殖(conjugation)时期特异性的可变剪接基因分别为49个、79个和135个。对可变剪接基因的功能进行分析表明其涉及的功能广泛且显著富集于蛋白激酶过程,提示可变剪接基因在嗜热四膜虫蛋白磷酸化和信号传导中具有重要作用。     

黑曲霉木质纤维素降解酶基因的可变剪接分析及验证

黑曲霉Aspergillus niger因能够产生大量的木质纤维素降解酶而在木质纤维素资源利用中发挥重要作用。目前,有关黑曲霉基因组中与木质纤维素降解相关的基因是否存在可变剪接的情况尚不清楚。本研究以黑曲霉CBS513.88菌株为研究对象,采用rMATS和ABLas两种方法对黑曲霉在葡萄糖为唯一碳源(G组)和小麦秸秆为唯一碳源(WS组)下的56个木质纤维素降解酶基因的可变剪接事件进行分析,并通过RT-PCR扩增和内含子特异性扩增对3个典型基因的可变剪接体进行了验证。结果表明,ABLas可变剪接分析算法相较于rMATS分析算法更为准确,ABLas分析算法显示G组和WS组共有21个木质纤维素降解酶基因出现了可变剪接,可变剪接类型以内含子保留(IR)为主,占所有可变剪接事件的82.85%。另外,G组和WS组发生可变剪接的木质纤维素降解酶基因也有所不同：G组发生可变剪接的基因为13个,WS组发生可变剪接的基因为14个,两组都发生可变剪接的基因为6个,这表明黑曲霉木质纤维素降解酶基因的可变剪接在不同生长条件下存在差异,另一方面,黑曲霉中众多可变剪接体的存在也为开发新型的木质纤维素降解酶资源提供基础。     

基于RNA-seq测序数据鉴定和分析猪基因组可变剪接事件

可变剪接作为一种增加基因组和蛋白质组多样性的重要机制,广泛发生于真核生物基因转录的过程中.本文采用Illumina Hiseq 2500测序平台对猪睾丸组织4个不同发育时期(60胚龄、90胚龄、30日龄和180日龄)进行转录组测序,以猪基因组数据为参考,鉴定和分析了猪基因组可变剪接事件.从猪基因组中鉴定出20398个基因(80.6%)对应的92738个可变剪接事件.在不同的可变剪接类型中,以第一个外显子可变剪切(alternative 5′first exon,TSS)、最后一个外显子可变剪切(alternative 3′last exon,TTS)、单外显子跳跃(skipped exon,SKIP)和可变5′或3′端剪切(alternative exon ends,AE)4种类型为主,分别占所有可变剪接事件的41.0%,32.9%,7.6%和7.4%.GO功能富集分析显示,发生可变剪接的基因主要富集于物质合成、物质结合及酶活性相关的GO项中,而各发育时期特异的可变剪接基因与发育时期的生理状态密切相关,60胚龄时主要与酶活性和组织形成相关,30日龄时主要与抗环境应激和离子通道活性相关,180日龄时则主要与循环系统相关.此外,在筛选出64个与睾丸素代谢相关的基因中,63个基因发生可变剪接,且以TSS和TTS为主,表明这两种可变剪接类型与睾丸素合成和分泌密切相关.通过对猪基因组可变剪接的分析,为深入研究可变剪接生物学功能及进一步开展分子育种工作提供理论依据.     

RNA的可变剪接对肿瘤生物学的影响

可变剪接是真核生物基因的重要调控机制,同一基因通过不同的剪接方式可以生成不同的蛋白质。肿瘤是一种多因素作用的复杂疾病,越来越多的研究证实可变剪接在肿瘤的发生、发展中扮演着重要的角色。本文结合最新的肿瘤学综述总结出来肿瘤基本特征,及其与基因的可变剪接密切联系,进而探讨可变剪接对肿瘤生物学的影响。     

Unbalanced alternative splicing and its significance in cancer

Alternative pre-mRNA splicing leads to distinct products of gene expression in development and disease. Antagonistic splice variants of genes involved in differentiation, apoptosis, invasion and metastasis often exist in a delicate equilibrium that is found to be perturbed in tumours. In several recent examples, splice variants that are overexpressed in cancer are expressed as hyper-oncogenic proteins, which often correlate with poor prognosis, thus suggesting improved diagnosis and follow up treatment. Global gene expression technologies are just beginning to decipher the interplay between alternatively spliced isoforms and protein-splicing factors that will lead to identification of the mutations in these trans-acting factors responsible for pathogenic alternative splicing in cancer.     

Alternative splicing and expression profile analysis of expressed sequence tags in domestic pig

Domestic pig （Sus scrofa domestica） is one of the most important mammals to humans. Alternative splicing is a cellular mechanism in eukaryotes that greatly increases the diversity of gene products. Expression sequence tags （ESTs） have been widely used for gene discovery, expression profile analysis, and alternative splicing detection. In this study, a total of 712,905 ESTs extracted from 101 different nonnormalized EST libraries of the domestic pig were analyzed. These EST libraries cover the nervous system, digestive system, immune system, and meat production related tissues from embryo, newborn, and adult pigs, making contributions to the analysis of alternative splicing variants as well as expression profiles in various stages of tissues. A modified approach was designed to cluster and assemble large EST datasets, aiming to detect alternative splicing together with EST abundance of each splicing variant. Much efforts were made to classify alternative splicing into different types and apply different filters to each type to get more reliable results. Finally, a total of 1,223 genes with average 2.8 splicing variants were detected among 16,540 unique genes. The overview of expression profiles would change when we take alternative splicing into account.