新非编码RNA及其基因地系统发现和双色网络构建CB825400GWord格式文档下载.docx
- 文档编号:15846189
- 上传时间:2022-11-16
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:75.06KB
新非编码RNA及其基因地系统发现和双色网络构建CB825400GWord格式文档下载.docx
《新非编码RNA及其基因地系统发现和双色网络构建CB825400GWord格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《新非编码RNA及其基因地系统发现和双色网络构建CB825400GWord格式文档下载.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
生物分子组成细胞,细胞构成组织,组织形成器官并进而构成系统。
细胞核与细胞质有作用;
细胞与细胞间有联系;
组织与组织间有分工;
器官与器官间有协同。
因此一个正常生存的生物个体是极端有序的,是多层次的,是动态的。
他是由亿万年的进化才由无序到有序,由简单到复杂的。
因此,生物体的复杂性并不仅仅表现在DNA及其表达的蛋白质的复杂性上,还表现在多种生物分子之间以及它们与环境的相互作用上。
生物分子的复杂相互作用通常构成各种生物pathway和生物网络。
目前对蛋白-蛋白相互作用网络、基因表达调控网络、代谢网络和信号转导网络等重要生物网络的静态、动态特征都有大量的理论与实验研究工作,它已成为了解真实生物结构(如:
细胞)和功能以及多种疾病发生的重要基础。
但这些网络基本上是以蛋白质为元件的。
近年来大量的高等生物全基因组水平的转录研究和“DNA元件百科全书”计划(Encyclopedia
of
DNA
Elements,简称ENCODE)日前发表了一系列重要研究成果表明:
基因组本身具有极其复杂的结构,蛋白编码基因只不过是众多具有特定功能的DNA序列元件的一种。
单个基因、各种调控元件以及非编码的其它类型的功能DNA序列之间有着复杂的相互作用,共同控制着人类的生理活动。
这些结果促使我们重新考虑长期以来关于“基因”的概念和对于基因组功能元件及组织机制的认识。
多年来从蛋白编码基因入手研究对于生命过程非常重要的生物途径(胚胎的早期神经肌肉发育、DNA损伤修复等)却无法正确和全面阐释其作用机制及与疾病发生的关系。
近几年的研究表明非编码RNA在这些途径的基因表达调控中发挥着至关重要的作用。
因此,若想全面理解生命过程的本质,就必须将对蛋白编码基因的研究和对非编码RNA的研究结合起来,阐明非编码RNA的功能及其与蛋白编码基因间的相互作用关系。
研究也发现人类基因组中有93%的DNA都会转录成RNA,转录产物中有大量的非编码RNA,只有小部分产物是mRNA,用来编码蛋白质。
过去,如果我们认为生物网络是以蛋白质为组件构建而成的,是单色的,那么,未来的生物网络应当是由蛋白质和非编码RNA两类元件共同构成的,是双色的。
为此,我们认为引入“双色网络”的概念到生物网络和系统生物学研究当中是极为必要的,这也为更全面地认识生命活动与疾病发生提供了新的理论和依据。
本项目拟解决以下关键科学问题:
1)发现新的非编码RNA和新的非编码RNA家族;
2)系统研究非编码RNA在中枢神经系统形成和神经导向、DNA损伤修复、神经和肌肉早期发育中的功能以及调控机制,探索编码RNA和非编码RNA的相互作用网络;
3)构建非编码RNA的蛋白-蛋白相互作用网络与基因表达调控网络模型—双色网络模型。
本项目的主要研究内容是:
系统地研究非编码RNA(其中大部分为自己新发现的)对以蛋白质为核心形成的pathway和生物网络的影响。
研究工作将包括紧密连接的三个阶段:
第一阶段大规模地发现新的非编码RNA及其基因。
由于申请者具有国际领先的非编码RNA获取技术,本课题拟以人、恒河猴、鼠及线虫为对象系统地发现新的非编码RNA,其数量应在千数量级;
第二阶段基于大量新发现的非编码RNA,从实验和理论两方面同时确定与各种非编码RNA相互作用的功能生物分子,包括蛋白质、RNA和DNA等。
这是本申请能否取得重大成果的关键步骤。
鉴于研究全部pathway与生物网络不是一个项目力所能及的,本申请拟选取典型类别的非编码RNA(如:
miRNA、piRNA或我们发现的smallRNA家族等)、某些重要pathway(如:
DNA损伤修复pathway、细胞周期pathway等)以及典型的生物网络(如:
蛋白-蛋白相互作用网络,即PPI网络等)作为研究对象。
在实验方面将建立与发展多种测定生物大分子相互作用的方法,在理论方面将应用系统生物学、比较基因组学等工具用于确定和非编码RNA相关的各种相互作用;
第三阶段基于上述结果构建有非编码RNA参与的pathway或生物网络,并进一步提取这类网络的数学、物理学特征,最终确定其新的生物学含义,以便可能发现新的规律。
这些研究内容虽然是一步接着一步的,但很多工作在时间上是可以并行的。
二、预期目标
总体目标是:
系统地发现非编码RNA及其基因;
确定非编码RNA与各种生物大分子(DNA、RNA及蛋白质等)的相互作用;
构建由RNA和蛋白质共同实现的典型pathway或生物网络(双色网络);
分析这类网络的数学、物理学特征;
推断它们的生物学含义及可能的新规律。
五年预期目标是:
1、应用已有的和自己发展的RNA组学、tilingarray、生物信息学等技术,在人、恒河猴、小鼠及线虫中系统地发现新的非编码RNA,其总数量不少于一千个,并发现新的非编码RNA家族。
2、鉴定出一些在中枢神经系统形成和神经导向方面起关键调控作用的、在DNA损伤修复过程以及在骨骼肌发育中起重要调控作用的非编码RNA,并寻找与这些非编码RNA相互作用的靶分子。
3、基于上述实验结果在神经导向、DNA损伤修复或骨骼肌发育相关的pathway中至少构建出一种由非编码RNA和蛋白质共同构成的双色网络。
建立该网络的数学模型,分析模型的数学、物理学特征,推断其生物学含义,以期发现新规律。
4、建立至少两种检测非编码RNA与其他生物大分子相互作用的方法;
完善非编码RNA数据库--NONCODE和非编码RNA与其它生物分子相互作用数据库—Npinter。
建立若干个与网络分析相关的软件,为整个研究提供技术平台。
5、发表SCI论文60篇,其中影响因子IF>
10的论文不少于5篇,影响因子IF>
5的论文不少于30篇。
6、培养博士生30-35名,硕士生20名。
培养一支在国际国内有竞争力的从事非编码RNA研究的队伍。
三、研究方案
总体思路:
基于系统生物学的观点,构建由功能非编码RNA和蛋白质共同参与的新的pathway或生物网络,进而从中发现新的生物学规律。
本项目是将系统生物学、生物信息学和实验生物学紧密地结合在一起,是将创新的学术思想与严谨的科学验证紧密地结合在一起。
研究方案如下:
技术途径:
本项目的实施可分为三步,即:
第一步大规模地发现新的非编码RNA及其基因。
第二步基于大量新发现的非编码RNA,从实验和理论两方面同时确定与各种非编码RNA相互作用的功能生物分子,包括蛋白质、RNA和DNA等。
第三步基于上两步的结果构建有非编码RNA参与的pathway或生物网络,并进一步提取这类网络的数学、物理学特征,最终确定其新的生物学含义,以便发现新的规律。
第一步的技术途径是:
1、RNA组学技术。
申请者的实验室已发展了一套从生物体内特异提取非编码RNA的技术,并利用纯化的ncRNA建立非编码RNA的文库。
通过对文库的测序,就能够在任何物种中发现候选的新的非编码RNA。
经过Northern验证和生物信息分析后,就能确认该物种内最主要的非编码RNA的信息。
当前在国际上我们的技术是效率最高的(附件一)。
申请人将利用这套技术在人、恒河猴、鼠与线虫特定组织中发现新非编码RNA。
2、Tilingarray技术。
将采用Affymetrix等公司最新发布的人、线虫全基因组tilingarray芯片,使用申请者发展的Rnomics技术提取样品,杂交后得到非编码基因的表达谱。
最后,使用生物信息学方法绘制其非编码RNA转录组图谱,从中寻找新非编码RNA。
3、高通量、快速的短串RNA测序技术。
申请者的实验室已建立了类似Solixa的高通测序设备与技术,使用这套技术结合申请者实验室建立的非编码RNA提取技术,可以直接得到非编码RNA的短序列,然后使用生物信息学的方法得到全长非编码RNA。
4、使用基于序列与结构特征的非编码RNA基因预测软件和数据库。
申请者已经构建完成了UCSCGenomeBrowser这一可视化基因组分析平台,拟利用Blat,BlastZ等新近开发的基因组规模的比对算法来比较在线虫、某些昆虫(蜜蜂、果蝇、家蚕等)、鸡、人以及高等植物中发现的非编码基因的保守性及种属特异性,并将其作出定位及功能预测;
利用MFold,Infernal等工具对RNA作出二级结构预测,结合其定位以及种间保守的特征,利用隐马可夫模型(HMM)来整合信息,在此基础上探索新理论、新算法,构建新软件,并结合申请者开发的非编码RNA数据库—NONCODE一起用于新非编码RNA的发现。
第二步的技术途径是:
在这一步我们选择了三组典型pathway:
中枢神经系统形成和神经导向pathway、DNA损伤修复pathway以及在骨骼肌发育中起重要调控作用的pathway。
所以这样选取是因为本项目的申请者在这方面有很好的基础。
下面以中枢神经系统形成和神经导向pathway使用的技术途径为例,加以说明(DNA损伤修复pathway以及在骨骼肌发育中起重要调控作用的pathway与此类似):
申请者之一的课题组在轴突导向和神经元迁移过程中的Slit-Robo和netrin-DCC信号通路的研究中取得了重大的进展。
在这两个信号转导途径中,已经发现了一些可能有功能的非编码RNA分子。
我们将从以下三个层面上来研究神经元细胞的分化以及轴突的生长情况以及非编码RNA和蛋白的相互作用。
1.在分子水平上:
研究RNA和蛋白质的相互作用。
1)通过生化实验,研究ncRNA-蛋白质复合体。
(方法来源:
KarA,HavliogluN,TarnWY&
WuJY(2006)RBM4interactswithanintronicelementandstimulatestauexon10inclusion.J.Biol.Chem.281(34):
24479-88)
2)在酵母中用垂钓方法,寻找和ncRNA相结合的蛋白质
WuandFushimi,inpreparation)。
3)使用混合芯片技术,它将mRNA检测和非编码RNA检测放到了同一个芯片上,通过表达谱分析得到两者的相互作用。
2.在细胞水平上:
用转染和过度表达的方法研究ncRNA的功能,尤其在神经生长发育、轴突导向和树突修剪等中的功能。
LiuG,LiWQ,GaoX,LiXL,ParkHT,Jü
rgensenJ,ShinNY,YuJ,HeML,StevenK.HanksSK,WuJY,GuanKL&
RaoY.(2007)p130CASIsRequiredforNetrinSignalingandCommissuralAxonGuidance.J.Neurosci27:
957-68.
LiuG,BeggsH,Jü
rgensenJ,Park,HT,Tang,H,GorskiJ,JonesKR,ReichardtLF,WuJY&
RaoY.(2004)NetrinRequirestheFocalAdhesionKinaseandtheSrcFamilyKinasestoInduceAxonOutgrowthandtoAttractAxons.NatureNeuroscience7:
1222-1232)
3.功能水平上:
体外培养和体内培养两方面相结合的手段。
体外培养
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 编码 RNA 及其 基因 系统 发现 网络 构建 CB825400G