Дальние взаимодействия в геномах эукариот и регуляция сплайсинга

• Автор: Храмеева, Екатерина Евгеньевна
• Шифр специальности: 03.01.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Оглавление
Введение
Обзор литературы
1. Общие механизмы сплайсинга
2. Вторичная структура РНК и сплайсинг
3. Регуляция сплайсинга с помощью белковых факторов
4. Транс-сплайсинг
5. Выводы
Глава 1. Поиск вторичных структур РНК, участвующих в регуляции сплайсинга
1.1. Материалы и методы
1.2. Результаты и обсуждение
1.3. Выводы к Главе
Глава 2. Регуляция сплайсинга с помощью белковых факторов
2.1. Материалы и методы
2.2. Результаты и обсуждение
2.3. Выводы к Главе
Глава 3. Транс-сплайсинг
3.1. Материалы и методы
3.2. Результаты и обсуждение
3.3. Выводы к Главе
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Ни одна из естественных наук в настоящее время не обходится без применения компьютерных методов. Они позволяют хранить и обрабатывать большие объемы данных, моделировать природные процессы и системы, предсказывать их поведение. Так, на стыке биологии и компьютерных наук появилось новое самостоятельное научное направление — биоинформатика, которая использует компьютерные средства для решения биологических задач.
По мере развития экспериментальных методов, секвенирование геномов становится все более быстрым и дешевым процессом. Темпы секвенирования значительно опережают темпы экспериментального анализа геномов, и изучение структуры и функции ДНК, РНК и белков на всех этапах включает использование специальных вычислительных методов. Наличие большого количества расшифрованных геномов позволяет предсказывать функции генов и механизмы их регуляции в новых геномах по аналогии с уже изученными геномами. Задача изучения регуляции генов особенно интересна для многоклеточных эукариот, так как их гены имеют наиболее сложную структуру и считываемая с них пре-мРНК часто альтернативно сплайсируется.
Альтернативный сплайсинг — один из основных механизмов создания разнообразия белковых последовательностей. Альтернативный сплайсинг может вносить незначительные изменения в структуру и функцию белка, может резко изменять их, может приводить к формированию нетранслируемых изоформ. Альтернативный сплайсинг не только является одним из важных механизмов регуляции функционального состояния белков (а значит клеток и организмов в целом), но и сам подвержен сложной регуляции.
Известно, что у многих организмов вторичная структура РНК оказывает значительное влияние на процессы транскрипции и трансляции, однако влияние

таких структур на процесе сплайсинга до сих пор систематически не изучено. Этот вопрос интересовал исследователей ещё со времен открытия сплайсинга, однако считалось, что основную роль в регуляции сплайсинга играют трансфакторы (элементы сплайсосомы, отдельные вспомогательные белки, различные регуляторные РНК). Недавние исследования показали, что механизмы сплайсинга, опосредованные вторичной структурой, могут быть более распространенными, чем предполагалось ранее [1]. Поэтому возникла необходимость систематического исследования окружений донорных и акцепторных сайтов сплайсинга на предмет наличия консервативных вторичных структур РНК, которые могли выступать в качестве регуляторов сплайсинга.
Вторичная структура РНК не является единственным механизмом регуляции альтернативного сплайсинга. Белковые факторы также способны оказывать влияние на сплайсинг, связываясь с особыми регуляторными последовательностями — энхансерами и сайленсерами. Энхансеры способствуют вырезанию нитрона, а сайленсеры, напротив, противодействуют. Известно несколько примеров регуляции сплайсинга белком ЬпІШРЬ, принадлежащим к семейству белков ЬпИИР — высоко экспрессированных в клетке белков, выполняющих разнообразные функции в метаболизме РНК. Функция белка ЬпГШРЬ до конца не ясна, поэтому, учитывая его широкую представленность в клетке, представляется интересным изучить механизмы регуляции альтернативного сплайсинга белком ЬпГШРЬ на полногеномном уровне.
Транс-сплайсинг — это особая форма процессинга РНК, в результате которой экзоны, находящиеся на двух разных молекулах РНК, соединяются и лигируются. Секвенирование транскриптомов различных организмов, от червей до человека, показало, что многие транскрипты состоят из сегментов последовательностей, которые не следуют друг за другом на хромосоме, а происходят из удаленных участков генома, и даже с разных хромосом. Некоторые из таких химерных транскриптов образуются в результате генетических перестроек

Парные
прочтения
HERPUD
Хромосома 16q1 3 Хромосома 21q21.
Рис. 16. Поиск ранее неизвестных химерных транскриптов в ткани рака простаты. Схематически изображен химерный транскрипт между экзоном 1 гена HERPUD1 (красный), расположенного на хромосоме 16, и экзоном 4 гена ERG (синий), расположенного на хромосоме 21 (по [34)).
копроизводительного секвенирования. Хотя и не все систематические ошибки удалось эффективно скорректировать, найдено их было много. Так, для платформ компании Иллюмина (Illumina) характерно следующее.
1. Участки последовательности, имеющие повышенное содержание гуанина и цитозина, покрыты большим количеством прочтений, чем последовательности с нормальным нуклеотидным составом.
2. Ошибки секвенирования встречаются преимущественно вблизи З’-концов прочтений.
3. Последовательности, предшествующие ошибкам секвенирования, обогащены гуанином.
4. Трансверсии G —>■ Т и А С встречаются чаще, чем другие ошибки.
5. Оценки качества секвенирования завышены для позиций с высоким качеством и занижены для позиций с низким качеством [35].
6. Прочтения распределены неравномерно вдоль секвенируемых транскрип-