HERV中啟動子和PolyA信號的識別及其與基因異常表達關係研究

《HERV中啟動子和PolyA信號的識別及其與基因異常表達關係研究》是依託西安交通大學，由呂紅強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：HERV中啟動子和PolyA信號的識別及其與基因異常表達關係研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：呂紅強
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

人內源性逆轉錄病毒（HERV）是幾百萬年前逆轉錄病毒整合到人類基因組中經過長期遺傳變異後形成的殘餘物，與人類疾病尤其是癌症的發生和發展相關聯。雖然對HERV的準確致癌機制尚不清楚，但研究普遍認為，HERV中的啟動子和PolyA信號等順式作用元件參與了其附近基因的調控，是導致基因異常表達的重要原因之一。本申請擬從生物信息學角度，對HERV中啟動子和PolyA信號的識別及其與基因異常表達之間的關係展開研究。在突破高維生物數據處理中特徵評估選擇和非平衡數據分類方法的基礎上，擬採用加權分類器和條件隨機場模型對HERV中的啟動子和PolyA信號進行建模識別，提出結合基因表達譜和共表達網路對此兩類順式作用元件與基因異常表達之間的關係進行分析。通過對HERV中啟動子和PolyA信號的建模、預測和分析，以期為揭示HERV在癌症發生髮展中的作用機理研究提供理論支持。

結題摘要

人內源性逆轉錄病毒（Human Endogenous Retrovirus，HERV）是幾百萬年前逆轉錄病毒整合到人類基因組中經過長期遺傳變異後形成的殘餘物，約占人類基因組總量的8%。具備典型完整結構的HERV由左右兩端的長末端重複序列（Long Terminal Repeat，LTR）和中間的結構基因構成。研究表明，LTR中的啟動子和多聚腺苷化PolyA信號等順式作用元件參與了其附近基因的表達調控，與人類疾病尤其是癌症的發生和發展相關聯。三年來，項目組團隊基本按照原計畫對HERV序列結構及其中順式作用元件在基因表達調控中的作用展開探索研究。研究聯合特徵的有效性估和選擇方法，為後續序列特徵分析和建模識別工作提供方法支撐；研究HERV序列結構保守特徵及建模識別方法，包括LTR中的啟動子和PolyA信號，以及結構基因中的基質蛋白MA和跨膜蛋白TR；根據最新研究發展動態，引入高通量染色體構象捕獲技術Hi-C，結合傳統RNA-seq和Chip-seq數據，在三維結構空間中分析HERV中順式作用元件與基因異常表達之間的關係。在研究工作的推進過程中，共累積整理了118個家族的94,671條HERV序列數據，設計開發出可用於HERV數據分析的系列方法、模型和軟體，包括特徵空間最佳化效果優於經典算法的一種新的過濾式特徵選擇方法，HERV中PolyA信號、MA和TR識別模型，以及Hi-C數據標準化方法和拓撲相關域邊界點識別方法，藉助開發出的軟體工具，完成了HERV及多種外源性逆轉錄病毒序列的注釋。在此基礎上，發表與本項目相關的生物信息學論文7篇，包括SCI期刊論文4篇，中文核心論文1篇，EI會議論文2篇，其中，第一作者或通訊作者論文總計6篇；獲與本項目相關軟體著作權1項。本項目的實施，加深了對HERV序列結構及其中順式作用元件在基因表達調控中作用機制的認知，公開發布的數據、方法和軟體，有望為該方向研究工作的進一步深入提供支撐，進而從基因組水平探究人類疾病尤其是癌症發生和發展的規律。