可变多聚腺苷酸化在肿瘤中的研究进展

可变多聚腺苷酸化(Alternative Polyadenylation, APA)作为一种转录后调控机制,其在基因表达调控中的作用越来越受到重视。近期的许多研究发现APA在肿瘤的发生发展和耐药机制中发挥着重要作用。本文主要总结了APA在基因表达调控和癌症等疾病中的功能作用和新的APA相关的研究方法和数据库。

基于第三代长读段测序数据解析蜜蜂球囊菌基因的可变剪切与可变腺苷酸化

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)是一种专性侵染蜜蜂幼虫的真菌病原,导致的白垩病是严重影响养蜂生产的顽疾,每年给养蜂业造成较大损失。本研究旨在基于已获得的第三代长读段测序数据对球囊菌菌丝(Aam)和孢子(Aas)中基因的可变剪切(alternative splicing,AS)和可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)进行深入分析。【方法】利用Astalavista软件鉴定Aam和Aas中基因的AS事件类型。利用IGV浏览器对部分剪切异构体(isoform)的结构进行可视化。通过TAPIS pipeline对Aam和Aas中基因的APA位点进行鉴定。通过MEME软件对Aam和Aas中全长转录本的APA位点上游50bp的序列特征进行分析并对motif进行鉴定。【结果】在Aam中共鉴定到286次AS事件,包括162次RI(Retained intron),87次A3(Alternative 3'splice-site)、32次A5(Alternative 5'splice-site)和5次SE (Skipping exon);在Aas中共鉴定到559次AS事件,包括305次RI、155次A3、85次A5、13次SE和1次MEE (Mutually exclusive exon)。进一步分析发现,现有参考基因组上的多数注释基因结构并不完整;部分注释基因在菌丝和孢子中转录形成的isoform在数量和结构方面均存在差异;部分isoform在参考基因组中没有对应的注释基因。Aam中共鉴定到2748个基因含有1个及以上的APA位点,其中含有1个APA位点的基因数量最多(726,26.42%);Aas中共鉴定到2768个基因含有1个及以上的APA位点,其中含有5个以上APA位点的基因数量最多(1180,42.63%)。部分基因在菌丝和孢子中含有不同的APA位点数。序列特征分析结果显示,球囊菌全长转录本的3'UTR的上下游表现出明显的碱基倾向性,U和A分别富集在3'UTR的上游和下游。此外,在球囊菌全长转录本的APA位点上游鉴定到4个motif,分别是UCUCCU、UCUUCU、CCCACC和CCCCCU。【结论】本研究通过对球囊菌菌丝和孢子中基因的AS和APA进行深入分析,揭示了球囊菌转录组的复杂性,为完善现有的基因组和转录组注释提供了宝贵信息,也为探究AS和APA在球囊菌的基因表达调控中的作用提供了关键基础。

东方蜜蜂微孢子虫基因的可变剪接及可变腺苷酸化解析

本研究旨在基于已获得的第三代纳米孔全长转录组数据对东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae基因的可变剪接(alternative splicing,AS)和可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)进行分析。通过Astalavista软件鉴定东方蜜蜂微孢子虫基因的AS事件类型。采用TAPISpipeline对东方蜜蜂微孢子虫基因的APA位点进行鉴定。利用MEME软件分析所有全长转录本的poly (A)剪接位点上游50bp的序列特征并鉴定motif。共鉴定出发生于5个基因的5次AS事件,包括1次可变供体位点(alternative donor site,ADS)和4次内含子保留(intron retention,IR)。鉴定出233个基因发生APA,其中含有1个poly (A)剪接位点的基因数量最多(143,61.37%)。序列特征分析结果显示,东方蜜蜂微孢子虫全长转录本的3’ UTR的上下游表现出明显的碱基倾向性,U在3’ UTR的上游富集,而A在3’ UTR的下游富集。此外,在东方蜜蜂微孢子虫全长转录本的poly (A)剪接位点上游鉴定到3个motif(AAUAAA、UGAUGC和GCGACG)。研究结果揭示了东方蜜蜂微孢子虫转录组的复杂性,完善了现有的参考基因组和转录组注释,也为深入探究不同剪接异构体的分子功能提供了基础。此外,本研究为其他真菌的AS和APA研究提供了有益的思路和方法借鉴。

中华蜜蜂酚氧化酶和丝氨酸蛋白酶相关基因及其全长转录本发掘与分析

为深入开展中华蜜蜂相关研究提供参考信息和基础,利用已获得的纳米孔(Nanopore)测序数据对中华蜜蜂Apis cerana cerana的酚氧化酶(phenoloxidase,PO)和丝氨酸蛋白酶(serine protease,SP)相关基因和全长转录本进行发掘和分析。通过Blast工具将中华蜜蜂所有全长转录本比对KEGG和Nr数据库以筛选出PO和SP相关基因和全长转录本。采用gffcompare软件将PO和SP相关全长转录本与东方蜜蜂参考基因组(ACSNU-2.0)已注释基因进行比较以优化结构。使用Astalavista软件鉴定PO和SP相关基因的可变剪接(alternative splicing,AS)事件,再利用IGV浏览器进行结构可视化。通过PCR验证AS事件的真实性。利用TAPIS pipeline预测和分析可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)位点,并通过TBtool软件鉴定APA位点上游的基序(motif)。鉴定到中华蜜蜂PO和SP相关的42个基因与146条转录本。优化了16个参考基因组已注释PO和SP相关基因的结构,其中5′端延长和3′端延长的基因均有7个,5′端和3′端同时延长的基因有2个。鉴定到PO和SP相关的10个基因的389次AS事件,其中最丰富的AS类型是5′端可变剪接。PCR结果证实了2次AS事件的真实性。共鉴定到34个PO和SP相关基因含有1个及以上的APA位点,其中含有3个APA位点的基因数量最多;在APA位点上游鉴定到多个motif,一致性序列为:GGHKSYWSHHTRATWTCNBHDMRRYWYRTNYTVACNGCKGCDCAYTGYR。鉴定到中华蜜蜂PO和SP相关的42个基因和146条全长转录本,优化了东方蜜蜂参考基因组已注释的PO和SP相关基因结构,并发掘出PO和SP相关基因的389次AS事件和237个APA位点。

中华蜜蜂细胞吞噬与包囊作用相关基因全长转录本鉴定及分析

【目的】系统鉴定和分析中华蜜蜂(Apis cerana cerana)吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本,为深入开展相关基因和剪接体的功能研究奠定基础。【方法】基于前期已获得的高质量中华蜜蜂纳米孔长读段测序数据,通过Blast工具将全长转录本比对Nr数据库筛选出吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本。利用gffcompare软件将全长转录本与东方蜜蜂(Apis cerana)参考基因组上注释的转录本进行比较,鉴定未注释的新基因和新转录本。利用TAPIS pipeline预测和分析吞噬与包囊作用相关基因的可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)位点,并通过TBtools软件鉴定APA位点上游的基序(motif)。使用Astalavista软件鉴定可变剪接(alternative splicing, AS)事件,并通过IGV浏览器进行结构可视化。通过RT-PCR验证AS事件的真实性。【结果】共鉴定到中华蜜蜂吞噬与包囊作用相关的基因66个和全长转录本395条,发掘出东方蜜蜂参考基因组未注释的2个新基因和303条新转录本。对参考基因组已注释的34个基因进行了结构优化,分别延伸了18个基因的5′端和12个基因的3′端,同时延长了4个基因的5′端和3′端。共鉴定到含有1个及以上APA位点的吞噬与包囊作用相关基因47个,其中多于5个APA位点的基因最多,为32个。在APA位点上游鉴定到多个基序,一致性序列为:GRBGCNKSDAACAAYTRBGCBMRNGGBYAYTAYWCNVWNGG。共鉴定到吞噬与包囊作用相关基因的AS事件296次,其中包括131次可变3′端剪接(alternative 3′splice site, A3SS)、85次内含子保留(intron retention, IR)、70次可变5′端剪接(alternative 5′splice site, A5SS)和10次外显子跳跃(exon skipping, ES)。RT-PCR结果显示,扩增的目的片段大小符合预期,证实了随机选择的2次AS事件的真实性。【结论】系统鉴定了中华蜜蜂吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本以及AS事件和APA位点,优化了东方蜜蜂参考基因组注释的吞噬与包囊作用相关基因的结构。

可变多聚腺苷酸化与肿瘤

可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)是真核细胞mRNA成熟过程中针对前体mRNA 3′端的一种加工修饰方式,是重要的转录后调控机制。APA通过调控3′非翻译区(3′UTR)长度而影响mRNA稳定性、翻译效率和定位。内含子多聚腺苷酸化(intronic polyadenylation, IPA)通过形成丢失重要结构域的截短型蛋白实现对靶基因的调控,参与形成肿瘤新抗原。APA具有肿瘤特异性,有可能用于肿瘤分子分型和靶向治疗。现对APA的形成过程和分类、高通量发现APA的测序和分析技术进展,以及APA对肿瘤发生发展的影响进行综述。

多腺苷酸化之密码:调解mRNA可变聚腺苷酸化的统一模型(英文)

真核生物的大部分基因都通过可变聚腺苷酸化(APA)而产生多种不同的mRNA 3'端。近期的研究表明,可变聚腺苷酸化在组织发展中被动态调节,并且会受环境刺激而自动调节。现有文献中表述了多种调节机制。本文整合所有现有的调节机制模型,进而提出一个综合的统一模型。这个模型不仅概括了已知的研究结果,而且为未来的研究提供了一个预测可变聚腺苷酸化的方法。最后,我们讨论已知和假设的可变聚腺苷酸化带来的功能。

优雅蝈螽水溶性和类膜结合型海藻糖酶编码cDNA的鉴定及其在体内的表达（英文）

海藻糖酶是一种二糖水解酶,催化海藻糖转换为葡萄糖,为昆虫包括发育、壳多糖合成及飞翔代谢在内的多种生理过程所必需。尽管某些昆虫的海藻糖酶基因已被鉴定,但优雅蝈螽的海藻糖酶编码序列尚未见报告。本研究采用RACE结合多重PCR技术,分离鉴定优雅蝈螽的水溶性海藻糖酶(Gg Tre1)和类膜结合型海藻糖酶(Gg Tre2-like)的全长编码序列(cDNA),包括携带不同长度3'-非翻译区(3'-UTR)的3个Gg Tre1 cDNA亚型(Gen Bank:No.KY400001-KY400003)和3个Gg Tre2-like cDNA亚型(Gen Bank:No.KY400004-KY400006)。3个Gg Tre1 cDNA序列分别为2 107,2 021和1 914bp,具有相同长度的5'-UTR(33 bp),但3'-UTR长度不同,分别为322,248和129 bp。Gg Tre1-2 cDNA含1 740 bp,编码579个氨基酸残基组成的多肽链,分子量为67.29 k D;与之不同,根据cDNA演绎的Gg Tre1-1和Gg Tre1-3序列较Gg Tre1-2多4个氨基酸残基,多肽链的分子量为67.88 k D。3个Gg Tre2-like cDNA(Gg Tre2-like-1,-2和-3)序列全长分别为2 491,2 460和2 381 bp。5'-UTR均为284 bp,3'-UTR分别为398,367和285 bp。Gg Tre2-like cDNA开阅读框为1 809 bp,编码602氨基酸残基组成的多肽链,分子量为67.88 k D。实时定量PCR,分析Gg Tre1和Gg Tre2-like基因在雌、雄个体(各20个)的组织特异性表达。结果显示,Gg Tre1在卵巢和附腺表达量最高;Gg Tre2-like主要在卵巢表达,在雄性肌肉和马氏管的表达量高于其他组织。上述结果表明,本研究从优雅蝈螽分离到3'-UTR长度不同的3个水溶性和3个类膜结合型海藻糖酶cDNA序列。结果还提示,Gg Tre1在各组织的表达差异较大,而Gg Tre2-like在各组织的表达相对稳定。不同长度3'-UTR的Gg Tre1和Gg Tre2-like亚型的存在,以及不同长度的3'-UTR在翻译过程中的特殊作用,尚待今后研究证实。

牦牛发情期与妊娠期转录本及剪切事件研究

【目的】获取发情期与妊娠期牦牛卵巢组织的转录组信息,挖掘发情期与妊娠期牦牛卵巢差异表达转录本(differentially expressed transcripts,DETs)及其功能信息,分析牦牛发情期和妊娠期繁殖过程的分子机制,为进一步探析牦牛繁殖性能提供理论基础。【方法】选择青海省海晏县一牧民自然放牧牛群中处于发情期和妊娠期牦牛各3,头屠宰后采集卵巢,利用Oxford Nanopore Technologies(ONT)单分子实时电信号测序技术,进行全长转录组测序,借助Astalavista软件鉴定牦牛发情期和妊娠期的可变剪切(AS)事件类型,采用TAPIS pipeline来识别可变多聚腺苷酸化(APA)。【结果】在牦牛发情期共出现2479次AS事件,妊娠期共出现2053次AS事件。牦牛发情期共鉴定出9189个基因发生APA;妊娠期共鉴定出8924个基因发生APA。与发情期相比,妊娠期牦牛卵巢组织中共鉴定得到差异表达转录本3562个,妊娠期较发情期上调转录本有1693个,下调转录本有1896个;GO分析发现,差异表达转录本集中于细胞过程、单一组织过程和生物调节。其中与牦牛繁殖相关的有繁殖、繁殖过程、节律等过程,涉及细胞、细胞器成分等细胞组分,参与结合、催化活性等分子功能;KEGG分析发现,差异表达转录本共参与到203条信号通路。其中,PI3K-Akt信号通路、细胞内吞作用、剪切体和氧化磷酸化是关键通路。牦牛繁殖相关通路还有MAPK信号通路、雌激素信号通路(estrogen signaling pathway)、孕酮介导卵母细胞成熟(progesteronemediated oocyte maturation)、细胞周期(cell cycle)、催产素信号通路(oxytocin signaling pathway)和卵母细胞减数分裂(oocyte meiosis)等。利用第3代测序技术对牦牛发情期与妊娠期卵巢组织的转录组进行测序和分析,揭示了牦牛不同生理状态下卵巢组织差异表达转录本的数量,获得了差异表达转录本的功能、分类和相关信号通路。【结论】为丰富牦牛卵巢组织转录组信息,为开展牦牛发情期与妊娠期相关基因的研究及分子调控机制奠定基础。

结合三代测序与二代测序技术揭示蜜蜂球囊菌孢子转录组的复杂性

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)是一种专性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。本研究旨在利用PacBio单分子实时(singlemoleculereal-time,SMRT)测序技术对蜜蜂球囊菌孢子(AaS)中基因的可变剪切(alternative splicing,AS)和可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)以及长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)进行鉴定和分析,进而揭示蜜蜂球囊菌孢子中转录组的复杂性。【方法】采用Suppa软件对蜜蜂球囊菌孢子中基因的AS事件进行鉴定。通过RT-PCR对不同类型的AS事件进行验证。采用TAPIS pipeline对蜜蜂球囊菌孢子基因的APA位点进行鉴定。利用MEME软件分析孢子全长转录本的poly(A)剪接位点上游50bp的序列特征并鉴定motif。联用CPC和CNCI软件和比对Swiss-prot数据库的方法预测lncRNA,取三者的交集作为高可信度的lncRNA集合。进一步比较lncRNA和mRNA的转录本长度,外显子数量与长度,内含子长度,GC含量,AS事件数量。【结果】在蜜蜂球囊菌孢子中共鉴定到2609次AS事件,包括1227次(47.03%)内含子保留(retained intron,RI),842次(32.27%)可变3’剪切(alternative3’splice sites,A3),415次(15.91%)可变5’剪切(alternative 5’splice sites,A5),85次(3.26%)可变起始外显子(alternative first exons,AF),35次(1.34%)外显子跳跃(skipping exon,SE),4次(0.15%)可变末端外显子(alternativelastexons,AL)和1次(0.04%)互斥外显子(mutuallyexclusiveexons,MX)。通过RT-PCR证实了不同类型AS事件(RI、A5、SE和A3)的可靠性。共鉴定出5552个基因含APA位点,其中含有>5个APA位点的基因数量最多,达到2197个,其次为含有1个APA位点的基因,数量为1149个;此外,含有2、3、4和5个APA位点的基因数量分别为782、596、477和351个。蜜蜂球囊菌孢子中全长转录本的上下游序列具有明显的碱基倾向性,U和A分别在转录本的下游和上游富集。共鉴定到953条lncRNA。与mRNA相比,上述lncRNA的外显子数量更少且长度更短,内含子长度更短,转录本长度更短,GC含量更低,AS事件数量更少。【结论】本研究全面解析了AaS中的AS、APA和lncRNA,研究结果丰富了蜜蜂球囊菌的基础生物学信息,深入揭示了蜜蜂球囊菌孢子中转录组的复杂性,并为进一步探究不同剪接异构体在病原孢子和病原侵染中的分子功能打下了基础。