siRNA理性设计研究及在线程序开发

摘要

小分子干扰RNA(siRNA)介导的RNA干扰(RNAi)作为基因功能研究和临床治疗的重要手段,已经引起了科学界的广泛关注,世界上许多学术和商业机构也开发了相应的siRNA设计程序。近年来,随着对siRNA机制研究的不断深入,尤其是2004年Reynolds提出siRNA理性设计规则之后,许多新的理论极大地推动了siRNA设计程序的发展。本课题根据2003至2006年以来对siRNA机制的研究进展,在本实验室原有的设计程序siRNA pro(2003年推出)的基础上进行了更新并推出了2.0版。 siRNA pro 2.0在参考大量文献和现有设计工具的基础上,综合考虑了经验设计规则、理性设计原则、热动力学规则,靶标mRNA可接近性规则和siRNA特异性检验规则等全面而细致的设计规则,将诸多考虑因素整合到了程序的算法设计中。在siRNA本身设计之外,还将shRNA构建纳入程序算法。在以上基础上,形成了四大模块,分别是(1)siRNA设计及打分模块,(2)mRNA二级结构模拟模块,(3)siRNA特异性检索模块,(4)shRNA构建及质粒载体选择模块。siRNA pro 2.0在强调全面高效的设计算法内核以外,也强调外部程序界面遵循用户友好的原则。用户只需输入靶标mRNA序列,设定好几个简单的参数便可得到所需的siRNA序列,并可选择构建由质粒表达的发夹状siRNA,能够较好地满足当前siRNA设计的需要。siRNA pro 2.0所应用的3项主要设计规则对于干扰效果为高和非常高的siRNA,最终的相对随机分布的变化值都为正值,而对于效果为中和低的siRNA相对变化值都为负值,从而能够较好地区分有效和无效siRNA,为siRNA作用机制的研究和siRNA相关产品的开发提供更优质的理性设计服务。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 RNAi的发现简史

1.2 RNAi的作用机制

1.3 RNAi应用

1.3.1基因功能分析

1.3.2信号通路研究

1.3.3基因治疗

1.4 siRNA理性设计研究现状

1.4.1siRNA理性设计的重要性

1.4.2siRNA理性设计的考虑因素

1.4.3现有的siRNA设计工具

1.5本实验室siRNA设计研究基础

第二章siRNA理性设计原理

2.1经验设计规则(empirical rules)

2.2 Reynolds理性设计规则

2.2.1来自siRNA热力学和基于序列决定因素的启示

2.2.2siRNA的理性设计

2.2.3选择算法的证实

2.3热动力学规则(siRNA thermodynamics rules)

2.3.1调节性MicroRNAs (miRNAs)带来的启示

2.3.2 siRNA两端和中部能量标准设定

2.4可接近性规则(target mRNA accessibility rules)

2.4.1由反义核苷酸和核酶技术得到的启示

2.4.2 Vienna对靶mRNA单链成分分析

2.5特异性(specificity)检验方法

2.5.1 siRNA的特异性

2.5.2序列比对：关键考虑

2.5.3本地BLAST比对及Ensemble数据库选取

2.6发夹状siRNA设计模块

2.7本章小结

第三章siRNA pro 2.0技术路线与程序实现

3.1 siRNA pro 2.0技术路线

3.2 siRNA pro 2.0程序流程

3.3 siRNA pro 2.0开发环境

3.4 siRNA数据库更新

3.4本章小结

第四章程序界面与使用展示

4.1靶mRNA序列输入

4.2打分结果显示

4.3特异性检索

4.4shRNA构建

4.5本章小结

第五章结论

5.1siRNA pro 2.0程序效果检验

5.2与国外同类软件的比较分析

5.3展望

参考文献

附录DSSE和AIS的计算方法

攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果

致谢