基于深度学习的多物种多类别RNA修饰位点预测研究

发布时间：2021-04-17 12:11

　　RNA修饰是发生在生物体中将初级转录RNA转化为成熟RNA的加工过程,是基因调控领域的重要组成部分。同时该修饰作为转录后水平的调控方式,参与多种重要的生物学过程。迄今为止,已有超过150种RNA的转录后修饰在生命领域被发现。RNA修饰可以影响RNA剪接、RNA降解、蛋白质翻译和人体免疫调节等生物活动,在生物体的调节中起着不可或缺的作用。因此,对于已测得RNA基因修饰数据研究其修饰类型,有助于为科学家解释和发现RNA表观修饰调控提供新思路,更好地理解其分子机制和功能。虽然物理化学实验和基于高通量测序技术的RNA修饰位点识别方法一定程度上促进了RNA修饰研究的进展,并对RNA修饰的鉴定和生物功能的认识起到了积极的推动作用,但是完全通过生物实验以确定RNA修饰位点和类型不仅耗时且成本较高。因此,随着高分辨率实验数据的积累和大量计算模型的出现,使用生物信息学的方法对RNA序列信息进行分析预测和确定RNA修饰位点和类型是非常迫切和必要的,并且很快变成表观遗传领域的研究热点和前沿问题之一。近年来,已经有多个RNA修饰位点预测工具被发布。但是这些预测工具大部分都依靠于研究人员的先验知识,利用RNA修... 

【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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组成核糖核苷酸的4中碱基结构示意图

5图2.1组成核糖核苷酸的4中碱基结构示意图这4种碱基与DNA的A、T、C、G碱基形成以下4种碱基互补配对：A与T、C与G、U与A、G与C，以实现DNA的转录过程。除了上述４种基本的碱基互补配对，基于化学基团的修饰在核糖核苷酸上也会发生。RNA二级结构：即使RNA通常是单链分子，但因自身折叠而形成的碱基互补配对现象也会出现在RNA的局部，因此这种现象被称为RNA的二级结构。通常情况下A与U、C与G配对，但是偶尔也会出现特例情况，如G与U的配对。因为是在空间上的折叠所以会形成单链(SingleStrand)、茎(Stem)、内部环(InteriorLoop)、多分枝环(MultibranchedLoop)、凸起(Bugle)、发夹环(HairpinLoop)等结构。RNA二级结构各类结构示意图如图2.2所示。图2.2RNA二级结构各类结构示意图RNA三级结构：因RNA与蛋白质的三维结构相似，故RNA也可通过盘曲折叠的方式形成的较为稳定的三维结构。想成为生物活性的分子只需具有三维结构的RNA即可。可以简单地认为，由碱基互补配对形成的平面结构相当于RNA的二级结构，而RNA

6的三级结构是由RNA的二级结构通过进一步的盘曲折叠的方式进而形成的三维立体结构。RNA二级结构各类结构示意图如图2.3所示。图2.3RNA三级结构示意图(图片来源：PDB数据库)总的来说由于RNA复杂多变的二级结构和三级结构，致使我们无法知道发生RNA修饰位点周围的核苷酸是否是我们在数据库中下载的该位点左右两边的序列片段。所以我们为了尽量获得更多的信息增加了RNA序列片段输入的长度。但与此同时也引入了更多的噪音，这给RNA修饰位点问题带来了极大的挑战。2.2RNA修饰概述基因的表达和细胞的生长、分裂受遗传和表观遗传的控制。遗传的异常变化(如基因突变、基因缺失、基因扩增和染色体易位)或者异常的表观遗传(如DNA或者组蛋白修饰变化)都可能会导致癌症的发生。对于带有DNA编码的RNA，在细胞内的工作可以依靠其携带的蛋白质的产生来完成，在实际遗传序列不发生改变的前提下，基因表达情况的改变会受RNA化学修饰作用的影响，如神经细胞发育、免疫系统反应以及多种类型的癌症，乃至是肥胖等。这种表观遗传学修饰影响在许多机体的生物学过程会出现。1951年，对RNA的修饰领域展开了深入研究，随着对RNA修饰研究的不断发现，RNA的重要性在调控机体方面得以表现。迄今为止，已有超过150种不同类型的RNA修饰被鉴定，这些RNA修饰存在于生命的三大领域中的大多数细胞的RNA中。通常，RNA修饰的使用主要应用在扩展四种碱性核苷酸的化学性质和拓扑性质中，从而对携带它们的RNA/RNP的生物发生、稳定性、动力学和功能产生了影响。因此，目前至关重要的生物学研究课题是RNA修饰位点的识别，结合机器学习的方法建立了一个基于RNA的序列为的就是改良传统的生物与物理识别技术耗时费力的方法，同时迫切需要一种可以使产生的预测结果对临床实验产生


本文编号：3143433