Apelin基因内含子编码microRNA的生物信息学预测及其功能注释

摘要

目的：Apelin是G蛋白偶联受体APJ的内源性配体，人源Apelin是由APLN基因编码的，Apelin-APJ系统具有调节心血管功能、维持体液稳态和调节胰岛素分泌平衡等多种生物功能。本课题运用生物信息学方法预测 Apelin基因内含子编码的microRNA（miRNA），并对其功能进行注释。
　　方法：
　　1. miRNAs前体预测：利用SVMbagging集成分类器预测Apelin基因内含子序列编码的pre-miRNAs；
　　2. miRNA成熟体预测：利用 MatureBayes方法预测 pre-miRNAs的成熟miRNAs；
　　3. miRNAs同源性分析：利用BLAST对已知人源miRNA前体、成熟体序列比对分析；
　　4. miRNA靶标预测：使用PITA程序预测miRNAs的靶标；
　　5. miRNA功能注释：运用DAVID在线分析软件对miRNA功能及信号通路进行分析；运用STRING在线软件分析miRNA靶基因编码蛋白的相互作用。结果：
　　1.前体预测结果显示，位于Apelin基因内含子1（Intron1）的279-360 nt序列编码长度为82 nt的pre-miRNA；
　　2.成熟体预测结果显示，pre-miRNA形成两条成熟 miRNAs，分别命名为miR-apl-3p: GAGGCGGGGGACATGCCCGCTC和miR-apl-5p: CGCGUGU CCCACGCCCUGCACC；
　　3. BLAST结果显示，预测的pre-miRNA与hsa-mir-3960，hsa-mir-3648序列部分同源， miR-apl-5p与hsa-miR-4674， hsa-miR-202-3p序列部分同源， miR-apl-3p与hsa-miR-940序列部分同源；
　　4. PITA预测结果显示，miR-apl-5p有GAB2, DBF4B, NTN1等99个靶基因， miR-apl-3p有SLC25A1, COMTD1, KIF21B等676个靶基因；
　　5. DAVID分析结果显示，miR-apl-5p的靶基因涉及骨骼系统、神经系统、管腔以及淋巴器官的发育以及骨化等生物过程；miR-apl-3p的靶基因涉及细胞形态、细胞骨架、细胞运动及细胞分化等细胞基本功能，转录调控、蛋白磷酸化调控等调控过程，骨化，骨骼发育等骨骼系统功能，涉及突触传递、轴突导向、神经因子发生等神经系统功能，吞噬作用、B细胞等免疫系统功能，参与趋化因子、VEGF（Vascular Endothelial Growth Factor）， GnRH（Gonadotropin-Releasing Hormone）等受体信号通路，还与甲状腺癌和肺癌等癌症相关联。STRING结果显示，仅 BCL2L2和BCL2L11，KLC1和IFT172，BMP7和IGFBP5等少数miR-apl-5p靶基因编码的蛋白间存在相互作用，而miR-apl-3p靶基因编码的蛋白间普遍存在相互作用。
　　结论:
　　1.预测Apelin基因内含子编码全新的miRNAs，分别命名为miR-apl-5p和miR-apl-3p；
　　2. miR-apl-5p和miR-apl-3p的靶基因富集在Apelin功能相关的骨骼、神经、免疫系统功能，还涉及细胞骨架、细胞分化、突触传递、转录调控等众多生物学过程，还与甲状腺癌与肺癌发生相关。

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主要英文缩略语索引

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前言

实验材料

实验方法

1. 下载Apelin编码基因APLN的内含子序列

2. 采用SVMbagging集成分类器预测miRNA前体

2.1折叠茎环结构

2.2计算茎环结构的特征

2.3初步预测pre-miRNA

2.4最低自由能优化

2.5获取pre-miRNA的序列及位点信息

3. 预测成熟的miRNA

4. 与已知的miRNA序列BLAST比对分析

5. 预测miRNA的靶基因

5.1下载程序及数据

5.2预测miRNA靶标

6. miRNA的GO（Gene Ontology）注释分析及通路分析

6.1上传miRNA靶标基因列表

6.2选择背景基因组

6.3选择分析条目

6.4基因功能富集分析

7. 运用STRING软件分析miRNA靶标之间相互作用关系

7.1上传miRNA的靶基因编码的蛋白列表

7.2 miRNA靶基因编码的蛋白与蛋白相互作用网络图示

结果

1. Apelin基因内含子序列

2. 运用 SVMbagging集成分类器预测 Apelin基因内含子编码的miRNA前体

2.1折叠Apelin基因内含子序列获取茎环结构

2.2Apelin基因内含子编码miRNA前体的预测结果

3. 利用MatureBayes软件预测成熟的miRNA

4. 与已知的miRNA序列比对分析

4.1mir-apl序列与已知miRNA前体序列的比对分析

4.2miR-apl-5p，miR-apl-3p与已知人源成熟miRNA的比对分析

5. 利用PITA程序预测miRNAs的靶标基因

6. miRNAs的功能注释

6.1miRNAs靶基因的GO富集分析

6.2预测miRNA靶基因的通路富集分析

7. miR-apl-5p和miR-apl-3p靶基因编码蛋白相互作用网络图

讨论

结论

参考文献

附录

发表文章

综述

文献翻译

致谢