小鼠早期胚胎发育过程中的RNA编辑功能研究

论文摘要

RNA编辑是发生在转录后、翻译前的一个RNA修饰过程,是一种通过插入,删除或替换RNA序列中相对于DNA模板的一个或几个碱基来改变RNA序列的一种生物现象。RNA编辑已经被发现广泛存在于包括病毒在内的各种生命中。A-to-I编辑是最重要的RNA编辑,通过A-to-I修饰进行RNA编辑有助于增加转录组和蛋白质组的多样性。目前的研究发现,RNA编辑在胚胎发育过程中起着重要的作用,RNA编辑失调与人类疾病（如神经/神经退行性疾病和癌症）之间有密切关联。随着高通量测序技术特别是单细胞测序技术的发展,基因组规模的RNA编辑事件的计算成为可能,转录组中RNA编辑的规律也被逐渐揭示。本文基于小鼠早期胚胎发育过程中的转录组测序结果,对小鼠早期胚胎发育过程中的RNA编辑进行了系统识别和分析。本研究首先提出了一种整合的RNA编辑位点识别流水线MMIRES（multiple data source,multiple algorithm identification of RNA editing sites）。MMIRES解决了小鼠早期胚胎发育过程中测序数据深度低,算法识别结果少等问题。MMIRES融合了不同样本的测序数据以提升数据的测序深度,同时整合了鲁棒性高的Separate、Pool、GIREMI三种算法的识别结果以提升识别出的编辑位点数。基于MMIRES,在小鼠早期胚胎发育的卵细胞、受精卵、早期2细胞、2细胞、4细胞、8细胞、桑椹胚、胚胎干细胞等阶段分别识别出470,2015,3757,4940,5313,4117,7264,1669个RNA编辑位点。在排除测序深度的影响后,发现随着胚胎发育的进行,RNA编辑的发生也越来越频繁,呈现出逐渐增多的趋势。并且在小鼠早期胚胎发育过程中的RNA编辑位点具有明显的发育阶段特异性。与正常成熟小鼠细胞中的RNA编辑相比,在小鼠早期胚胎发育阶段,RNA编辑位点有80%分布于蛋白编码基因区域中,非蛋白编码基因中的RNA编辑很少。相比于RNA编辑位点的阶段特异性来说,RNA编辑相关基因在小鼠早期胚胎发育不同阶段之间的重合度较高,说明RNA编辑主要于基因上发挥作用。进一步地,在蛋白编码区域中的RNA编辑位点分布于外显子区域的比例高于正常细胞,这揭示了RNA编辑在小鼠早期胚胎发育过程中可能与基因表达存在相关性。基于上述结果,本研究探索了RNA编辑在小鼠早期胚胎发育过程中的作用。首先系统分析了基因中RNA编辑比例与基因表达量之间的关系,我们发现当基因表达量大于2时,基因表达量的高低对于RNA编辑的识别没有影响。在此基础上,早期胚胎发育过程中基因表达量下调基因中发生RNA编辑的比例显著高于基因表达量上升基因中RNA编辑的比例,这提示RNA编辑在基因表达量的下调中可能发挥着作用。经过进一步研究,RNA编辑水平或是基因上RNA编辑位点的数目不是RNA编辑调控基因的表达的因素。发生了非同义氨基酸改变的基因的表达量要显著低于未发生非同义氨基酸改变的基因。因此RNA编辑导致的非同义氨基酸突变是基因表达量下调的可能因素。基于上述分析,我们给出了小鼠早期胚胎发育过程中RNA编辑调控基因表达的机制模型。最后通过GO分析,发现这些下调基因的功能大多与细胞分裂,磷酸化和DNA复制相关。本文的创新点主要体现在三个方面。第一,本文提出了针对低测序深度数据的RNA编辑识别流水线MMIRES。第二,本文首次揭示了RNA编辑在小鼠早期胚胎发育过程中的动态变化情况,发现了RNA编辑在早期胚胎发育过程中的发育阶段特异性。第三,本文发现了RNA编辑在小鼠早期胚胎发育过程中对基因表达量的调控作用,提出了RNA编辑在早期胚胎发育过程中调控基因表达量的机制模型,这对于更深入地了解RNA编辑如何在早期胚胎发育过程中发挥作用有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
•   0.1 RNA编辑及其功能
•     0.1.1 RNA编辑的基本情况
•     0.1.2 RNA编辑的功能
•     0.1.3 RNA编辑与疾病的关系
•   0.2 研究现状
•     0.2.1 RNA编辑与早期胚胎发育
•     0.2.2 RNA编辑的识别方法
•   0.3 拟解决的问题与研究方法
• 第一章 小鼠早期胚胎发育过程中的RNA编辑识别方法
•   1.1 引言
•   1.2 现有的RNA编辑识别算法
•   1.3 小鼠成熟细胞系中RNA编辑的识别
•   1.4 小鼠胚胎发育过程中的RNA编辑识别
•   1.5 本章小结
• 第二章 RNA编辑在小鼠胚胎发育过程中的基本情况
•   2.1 引言
•   2.2 RNA编辑位点在小鼠早期胚胎发育过程中的分布
•   2.3 RNA编辑相关基因在小鼠早期胚胎发育中的分布
•   2.4 本章小结
• 第三章 RNA编辑在小鼠胚胎发育过程中的功能
•   3.1 引言
•   3.2 RNA编辑与基因表达
•   3.3 RNA编辑与基因表达量调控
•   3.4 RNA编辑与基因功能
•   3.5 本章小结
• 讨论
• 总结与展望
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附件
• 主要简历
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵诚辉

导师: 伯晓晨

关键词: 小鼠早期胚胎发育,编辑,高通量测序,基因表达

来源: 军事科学院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 军事科学院

分类号: Q344

总页数: 76

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