人类转录组中环形RNA调控分子的生物信息分析

摘要

环形RNA(circular RNA,circRNA)是一类丰富、稳定、保守的非编码RNA分子，与线性RNA不同，它不具有5'末端帽子和3'末端ploy(A)尾巴，并以共价键形成封闭环状结构。研究表明非经典的RNA剪接模式使得外显子反向首尾连接形成环状RNA。这类RNA分子在不同的物种中具有进化保守性、稳定性，细胞及不同发育阶段表达特异性，且具有基因表达调控功能。这些特点使其成为RNA领域的研究热点。
　　首先，本文整理并注释了公共来源和本课题组检测的人类环形RNA数据集，利用生物统计学方法对数据集进行分析，发现环形RNA的表达具有细胞特异性且与多种疾病存在重要联系。根据收集的环形RNA数据集提取其基本信息，然后利用基因注释提取与之相关的基因组内容，滤除假阳性、冗余数据。最终获得了7804个基因、共转录出32,914条人类外显子来源的环形RNA数据集，同时完成了环形RNA的基因组注释。接着利用生物统计学方法对环形RNA的基因组特征及细胞特异性表达进行了研究，发现环形RNA较多分布在1、2号染色体上，且普遍包含2~3个反向剪接外显子。环形RNA的转录过程更倾向于由一定长度的外显子反向剪接。另外可变环化现象在基因组中普遍存在，而且在不同细胞系间呈现出表达特异性。最后本文对转录环形RNA较多的基因进行了富集分析，发现作为基因转录产物的环形RNA参与了多个重要的生物学途径，且与多种人类表型和疾病存在着紧密联系。
　　其次，本文基于核糖体进入位点(IRES)二级结构的相似性识别了环形RNA内部的IRES结构，并预测了环形RNA序列中的开放阅读框(ORF)，对其蛋白质编码潜能进行了评估。预测有6608个环形RNA同时包含IRES和ORF，具有编码蛋白潜能，约占环形RNA的20.08％。
　　最后，对环形RNA数据集及其基因组特征、编码蛋白潜能等分析结果进行整理，构建了人类环形RNA分子数据库circRNADb，为该领域内进一步深入研究环形RNA奠定了基础。

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注释表

第一章 绪论

1.1 本文研究目的及意义

1.2 环形RNA的研究历程

1.3 本文的研究方案及拟解决的关键问题

1.4 本文的研究内容与安排

1.5 本章小结

第二章 环形RNA及其研究背景介绍

2.1 引言

2.2 RNA剪接与可变剪接、非传统剪接

2.3 环形RNA的特性

2.4 环形RNA的潜在生物学功能

2.5 环形RNA与疾病的联系

2.6 环形RNA与类病毒

2.7 环形RNA分子数据库

2.8 本章小结

第三章 人类环形RNA分子的数据集及生物学分析

3.1 引言

3.2 人类环形RNA分子数据集来源

3.3 人类环形RNA分子数据集预处理

3.4 人类环形RNA分子的生物学统计分析

3.5 本章小结

第四章人类环形RNA分子的编码潜能分析

4.1 引言

4.2 环形RNA编码蛋白质的工作机制

4.3 内部核糖体进入位点的识别

4.4 开放阅读框的预测

4.5 环形RNA编码潜能预测分析

4.6 本章小结

第五章 人类环形RNA分子的数据库构建

5.1 引言

5.2 人类环形RNA分子数据库circRNADb简介

5.3 人类环形RNA分子数据库circRNADb功能

5.4 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及学术论文情况