SSAM-11：piRNA分析

piRNA?PIWI 相互作用的小RNA 功能研究是关于非编码小RNA 研究中重要的组成部分。piRNA 介导的复合体piRISC在许多动物生殖系细胞中起到抑制转座子转录的重要作用，保护基因组免受插入重组序列的侵袭；同时piRNA 也与基因组中的基因功能区域，编码区域结合，调控靶基因的转录表达。 piRNA 的生物生成机制区别与miRNA 与sRNA,主要来自单链的转录和前提加工处理，通过转运到细胞质经过PIWI 蛋白以及ping?pong 循环途径生成功能的piRNA。

PiRNA 的沉默机制主要利用（1）通过转录自与转座元件（TE）加工而成piRNA，并结合互补结合TE 抑制其转录；（2） 通过编码蛋白基因区转录加工成piRNA, 与AGO3，AUB 蛋白形成复合体抑制靶基因；（3）由基因3'UTR 转录生成piRNA，并结合与PIWI,抑制靶基因； （4）从piRNA 簇生成piRNA，并与AUB 等蛋白相互作用起到抑制靶基因的目的。（5）另外，piRNA 也被报道有起到高甲基化调控的协同调控行为。piRNA 的生成加工过程途径（Biogenesis Pathway）主要分为二大类：（a）转录自TE 转录元件或piRNA 簇的反义链经过加工，加载到蛋白AUB 或PIWI 上形成功能piRNA。通常piRNA 介导的piRISC 复合体起到引发第二种生成加工途径的激发作用。（b）通过AUB 和AGO3 蛋白的剪接体翠功能发生piRNA 扩增效应（即Ping?pong 循环反应）。(参见下图) 

 

本方案研究分析内容包括：

1. piRNA 的预测识别：通过高通量small RNA 测序数据预测piRNA;
2. piRNA 全基因组分布特征分析：解析piRNA 在全基因组范围内的具体定位和簇分布特征
3. piRNA 临近序列特征提取：采用motif 短序列模式比配算法识别piRNA 临近调控区域加工区域特征，5'U 端和10nt 位置权重矩阵分析等。计算调控序列的非随机性概率，预测其序列调控功能。
4. 全基因组TE 转座子元件预测与重新注释：针对物种基因组内的转座子序列，将转座子识别为若干类别，包括long terminal repeat (LTR), long interspersed nuclear (LINE), and inverted repeat (IR) elements。并结合piRNA的生成来源进行座位的富集度分析和聚类；
5. 全基因组特征区域的覆盖度分析：针对rRNA,tRNA,miRNA,coding gene,repeat,transposon, Su(Ste),  AT?ChX 等特殊基因组功能区域进行序列的覆盖度分析;
6. piRNA 全基因组ORF 与CDS 注释：结合piRNA 定位进行功能基因的分布分析；
7. piRNA 表达量计算与piRNA 簇表达相关性分析：计算样本之间的piRNA 表达量，计算样本之间piRNA 簇之间的表达相关系数。
8. 统计重复序列内piRNA表达量分布，基因区piRNA表达量分布。
9.  

图例：piRNA基因组定位分析

图例：piRNA在重复区内的表达量分布统计以及核酸偏好性分析 

 

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MicroRNA(miRNA)是具有调控基因表达功能的非编码RNA，通常长度为~22nt，在基因表达的转录后调控水平发挥重要功能。成熟的miRNA是从较长的具有局部颈环解结构(stemloop-hairpin)的RNA序列加工而成。miRNA的生物产生机制途径zei先发生与细胞核中的RNaseIII酶Drosha对pri-miRNA的颈环处碱基进行剪切，并生成~70-90bp的pre-miRNA发卡结构。pre-miRNA被转运至细胞质中，进一步由Dicer（RNaseIIIendonuclease）加工。Dicer识别双链RNA靠近颈环处的碱基并分离双链，产生两条单链，而其中一条链成为miRNA而互不的那条链则被降解。成熟miRNA序列一旦被释放生成，它将与mRNA的3’UTR的局部序列互补配对，并通过降解mRNA和抑制mRNA翻译而达到调控基因表达的目的。

miRNA是一类重要的基因表达调控因子，通常主要参与靶基因翻译的抑制过程，同时zei近研究也表明miRNA在哺乳动物细胞系统中的主要功能是降低靶基因mRNA的水平。每种保守的哺乳动物的miRNA都调控着数百个不同的靶基因，显示出调控系统的复杂性和系统性。因此，miRNA现在被认为是与转录因子同样重要的调控细胞蛋白质成分的重要分子。同样的，miRNA基因也受到精确的转录调节，并与后续的靶基因作用形成跟完整和系统的分子作用网络。 

 

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