病毒环状RNA的鉴定及计算方法研究

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病毒是体型微小,只由核酸和(或)蛋白质构成的非细胞生物,需要寄生在活细胞内并以复制的方式进行增殖。环状RNA是呈封闭环状结构的非编码RNA分子,表面富含miRNA结合位点,在疾病发生中发挥重要的调控作用。随着高通量测序技术的快速发展,环状RNA在不同物种中的表达与功能研究逐渐成为新的热点。目前在双链DNA病毒(dsDNA)中已鉴定出几种与癌症相关的病毒环状RNA,但尚不清楚其他病毒中是否存在环状RNA。本文使用生物信息学方法系统鉴定了病毒环状RNA并且对其鉴定影响因素进行了探究,主要工作介绍如下:(1)系统鉴定了病毒编码的环状RNA。本文从公共数据库中收集整理了多个rRNA去除或经RNase R处理过的病毒相关的RNA-seq数据集,使用多种生物信息学方法对病毒环状RNA进行了系统鉴定,共鉴定到11924个病毒环状RNA分子,它们分布在15个病毒科的23种病毒中。对病毒环状RNA分子的分析表明,除了已知编码环状RNA的多种双链DNA(dsDNA)病毒外,我们发现单链RNA(ssRNA)病毒和逆转录(RT)病毒也编码了大量的环状RNA分子;不同种病毒编码的环状RNA分子数量差异较大;大部分病毒环状RNA分子的丰度较低;70%的病毒环状RNA分子的长度在200 bp至1 kbp之间,且ssRNA病毒与dsDNA病毒编码的环状RNA分子长度无显著差异;线性和环状基因组病毒编码的环状RNA分子数量无显著差异。为了方便其他人研究病毒环状RNA分子,我们建立了首个病毒环状RNA数据库VirusCircBase,其网址为http://www.computationalbiology.cn/Viruscirc Base/home.html。该数据库提供了上述环状RNA分子的信息查询、浏览和下载等功能,以及它们与miRNA的相互作用等信息。(2)病毒环状RNA分子的内部结构与表达异质性分析。我们发现病毒编码环状RNA的内部存在可变剪接,而且不同可变剪切方式的发生频率存在较大差异;环状RNA的反向剪接位点没有明显的位置偏好性,大部分都随机分布在病毒基因组中;表达异质性分析表明,尽管在不同组织或者细胞系中病毒环状RNA有少许重叠,但大多数病毒环状RNA仅在特定的细胞或组织中表达;同时病毒环状RNA的表达也呈现出时序特异性,主要在感染中期和晚期表达。(3)病毒环状RNA鉴定的影响因素研究。我们发现相较于rRNA去除的建库方式,采用RNase R处理方法建库能够在样本中检测到更多的病毒环状RNA;在环状RNA鉴定的计算流程中,是否去除来自宿主的测序数据对于病毒环状RNA鉴定的结果并无影响;计算方法CIRI2鉴定的大部分病毒环状RNA分子均可在其他两种计算方法find circ和circRNA finder鉴定到,表明该方法比较稳健。综上,本文的工作首次系统地鉴定和分析了病毒编码的环状RNA,并且对环状RNA鉴定的影响因素进行了分析。这些工作为深入研究病毒环状RNA提供了坚实的基础,有助于我们进一步了解环状RNA在病毒生命周期中的重要角色,同时也为后续病毒环状RNA鉴定工作提供了策略和方法参考。
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