ASD及其在基因選擇性剪接檢索中的應(yīng)用

1、ASD及其在基因選擇性剪接檢索中的應(yīng)用ASD及其在基因選擇性剪接檢索中的應(yīng)用1 2 3 1 3 吳炳禮 , 杜昆 ,許麗艷 , 李恩民(1 . 汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室 , 汕頭 515031 ;)2 . 汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)中心, 汕頭 515031 ;3 . 汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院腫瘤病理研究室 , 汕頭515031( 摘要: 在生物信息學(xué)的飛速發(fā)展中, 與之相應(yīng)的各種類型的數(shù)據(jù)庫不斷涌現(xiàn),選擇性剪接數(shù)據(jù)庫Alternative Splicing Database , ) ASD 便是其中之一 。本文詳細(xì)介紹了 ASD 數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容及其功能, 并在其子數(shù)據(jù)庫AltSplic

2、e 中檢索 NGAL 基因的選擇性剪接 , 由此為例說明了 ASD 數(shù)據(jù)庫在基因選擇性剪接檢索中的應(yīng)用 。關(guān)鍵詞 : 生物信息學(xué) ;ASD ;AltSplice ; 選擇性剪接() 文章編號 :1672 - 5565 2005- 04 - 178 - 04 中圖分類號: TP319 ,Q75文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AASD and a pplication in the search of gene alternative splicing 1 23 1 3WU Bing - li,DU kun,XU Li - yan,L I En - men( 1 . Department of Biochemistr

3、y and Biology of Medical College of Shantou University ; 2 . Moleculer Biology Center of Medical College of S hantou University ;)3 . Department of Tumor Pathology of Medical College of S hantouUniversity shantou 515031 China Abstract :With the fast development of bioinformatics , all kind of releva

4、nt database are keeping appearing , one of which is The Alternative() Splicing Database ASD. This article will detailly introduce themain content and functions of ASD , and then illustrate its applicationin the search gene alternative splicing , by the example of thesearching NGAL in its subunit Alt

5、Splice .Key words : bioinformatics ;ASD ;Altsplice ;Alternative splicing選擇性剪接廣泛存在于哺乳動物基因轉(zhuǎn)錄后 1 ASD 的主頁RNA的剪接加工中。在不同的發(fā)育階段、特定組織和疾病 中 , RNA 的 剪 接 模 式 是 多 樣 的 。在 人 類 約 輸入網(wǎng)址 :http : n nwww. ebi . ac . uk HasdHindex.html 1 40 %,60 %的基因采取選擇性剪接方式。因此, 即可進(jìn)入 ASD 的主頁面 。該頁面主要由兩大模塊 有必要系統(tǒng)地收集關(guān)于選擇性剪接外顯子 、內(nèi)含子 組成 , 即 A

6、SD 的概況 、頁面左上角的10 個標(biāo)題和右( ) 和剪接異構(gòu)體splice isoform 方面的數(shù)據(jù), 并給予注 側(cè)的簡 單 快 速查 詢 。本 頁 還 提 供 了 其 工 作 平 臺釋。ASD工作組建立的數(shù)據(jù)庫，不僅包括選擇性剪()workbench的超連接，為查詢內(nèi)含子序列特性服務(wù)。 接事件 , 還包括經(jīng)實驗證明的剪接模式調(diào)節(jié)機制 。 ( 包括多聚嘧啶序列分析PPT analysis polypyrimidine 到 2003 年 6 月 ,該數(shù)據(jù)庫共收集了 15 644 個基因的 ) ( tract analysis 、分枝點分析BPanalysis branch point162

7、328 個內(nèi) 含 子 和 122 499 個 外 顯 子 。下 面 將 對) ( )analysis 和調(diào)節(jié)序列分析Regulation sequence 等內(nèi)ASD 的主要內(nèi)容作一介紹 。 容 。相應(yīng)頁面可供查詢者對目的基因內(nèi)含子的序列 1 ,2 特征進(jìn)行查詢 。 在本頁面列舉的兩篇文獻(xiàn)有助收稿日期 :2004 - 08 - 23 ; 修回日期 :2005 - 06 - 02() () () 基金項目 : 國家自然科學(xué)基金39900069 ;30170428 ;30369858, 廣東省自然科學(xué)基金37788, 廣東省自然科學(xué)基金990799 , 010431, 廣東省高校() () ()

8、自然科學(xué)研究項目 200033, 廣東省醫(yī)學(xué)科研基金 A2001419, 汕頭大學(xué)研究與發(fā)展基金L0004 ,L00012() 作者簡介 : 吳炳禮 1979 - , 男 , 碩士研究生。() 3 通訊作者 : 李恩民 , 教授 , 博士研究生導(dǎo)師, 主要從事腫瘤分子生物學(xué)研究 ,Tel : 0754- 8900847 , E - mail : nmli stu. edu. cn于查詢者了解該數(shù)據(jù)庫建庫的理論分析基礎(chǔ) 。目前 于了解其建庫思想。1 . 2 . 1 Alt Extron Data ASD 有 Alt Extron 、 Altspice 和 AEdb 等三個子數(shù)據(jù)庫Alt Extr

9、on 的數(shù)據(jù)來自 EMBL2003 年 2 月發(fā)布的 可供使用 。1 . 1 AltSplice 子數(shù)據(jù)庫 版本 , 包含人 、酵母 、雞 、牛 、果蠅 、擬南芥 、大鼠 、小鼠及斑馬魚等9 個物種 。在這里也列舉了這9 個物種 Altsplice 是由計算機產(chǎn)生的經(jīng)轉(zhuǎn)錄證實的關(guān)于的關(guān)于各類內(nèi)含子和外顯子的統(tǒng)計數(shù)據(jù), 如人的選 剪接模式 、選擇性剪接事件和相關(guān)注釋的數(shù)據(jù)庫。擇性剪接事件占總數(shù)的 46 % 。 1 . 1 . 1 AltSplice data1 . 2 . 2 Alt Extron 的查詢界面Altsplice 數(shù)據(jù)來自 Ensembl 19 . 34b2版本中注釋2003 年

10、2 月發(fā)布的新版Alt Extron 可查詢包括 的已知基因 , 所取的核酸片段包含被Ensembl 證實人 、大鼠 、果蠅 、酵母及擬南芥等5 個物種 ?？晒┎?的基 因 區(qū) 域 ,而 這 個 區(qū) 域 在 5 和 3 端 又 各 延 伸詢的 途 徑 有 IDB Accession number 、 EMBL Accession 3000bp , 人類的EST和mRNA序列與這些基因區(qū)域) ( number 、 Dataase cross number 如 DNA 、 EST、 PID 等, 進(jìn)行配對 。依據(jù)這些配對進(jìn)一步分組, 每一組代表在 Splice annotation 的下拉菜單有所

11、有內(nèi)含子 、外顯 一種剪接模式 。每一組由一個代表性的結(jié)構(gòu)來描子的選擇性剪接形式 。如果不知道這些數(shù)據(jù)庫的 述 , 稱為轉(zhuǎn)錄分類。Accession number , 查 詢 者 也 可 以 輸 入 protein key2 為了描述選擇性剪接事件, 每個同形體轉(zhuǎn)錄結(jié)words , 在輸出一系列結(jié)果中選擇查詢目標(biāo) 。甚至在 構(gòu)要相互比較 。該數(shù)據(jù)庫認(rèn)為基本的選擇性剪接事查詢者對查詢目標(biāo)了解甚少的時候, 可以使用 clone 件 , 有如下四種形式。第一種形式exon isform : 剪接library browser ,在解剖位置、發(fā)展階段、病理學(xué)和細(xì)供位和口或受位改變導(dǎo)致外顯子的延伸或縮短

12、 。第胞類型四個選項下 , 繼續(xù)選擇具體分選項 , 在輸出結(jié) 二種形式 cassetteexon : 一個外顯子只出現(xiàn)在一個轉(zhuǎn)果中選擇查詢目標(biāo)。 錄體 , 而不出現(xiàn)在這個轉(zhuǎn)錄體的同形體中 。第三種1 . 3 AEDB 子數(shù)據(jù)庫 形式 alternating exon : 外顯子在選擇性轉(zhuǎn)錄體中相互AEDB為手工產(chǎn)生的人選擇性外顯子及其特點排斥。第四種形式intronretention : 一段核酸在一個的數(shù)據(jù)庫 , 該數(shù)據(jù)是從實驗證實外顯子的文獻(xiàn)中收轉(zhuǎn)錄體為外顯子, 但在另 外一個轉(zhuǎn)錄體中為內(nèi)含子集而來 。不僅包括核酸序列 , 而且包括已報道的生對于后三者, 根據(jù) 5和口或口3'端側(cè)翼

13、的外顯子是否物學(xué)部分內(nèi)容: 如組織的特異性 、發(fā)育中的調(diào)節(jié) 、選 () ( ) 有修飾 , 冠以“復(fù)雜” complex 或“簡單” simple 的特?fù)裥酝怙@子的功能 、與疾病的聯(lián)系等 。這個了數(shù)據(jù)點 。這些修飾是指如一個側(cè)翼的外顯子可能被延伸庫可以分別查詢選擇性外顯子的序列及其功能 、調(diào) 或縮短 , 或一個在保留內(nèi)含子側(cè)翼的外顯子是“ cas2節(jié)剪接的 motif 序列 。 AltSplice 與 AEdb 兩個數(shù)據(jù)庫setted ”或者“ alternated ”。的共有條目在 AltSplice 和n或AEdb中的查詢結(jié)果中1 .1 . 2AltSplice 的查詢界面提供人和鼠兩個物

14、種將聯(lián)系起來, 顯示于查詢結(jié)果頁面 。這樣 AltSplice 的 AltSplice Query界面的中的外顯子和選擇性剪接事件即可以得到 AEdb 的 超連 接 。可 通 過REGION , GENE兩個項目進(jìn)行查實驗性證據(jù)。 詢 。在 REGION ,可以選定染色體號碼, 也可以輸入2 . 4 Wrapper and Tools 具體堿基位置; 在 GENE ,既可以使用基因在幾個主wrapper 為可以在 AEdb 和 AltSplice 這兩個數(shù)據(jù)要大型數(shù)據(jù)庫中的 ID 或Accession , 也可以使用關(guān)鍵庫中同時進(jìn)行整合查詢的平臺 , 目前有上述9 個物 詞進(jìn)行查詢 , 這幾個

15、大型數(shù)據(jù)庫指 Ensembl , EMBL ,種可供查詢 。 Tools 即前述的 workbench , 其超連接可Swiss - Prot 以及Genbank 等 。例如在“ Limit to genes以進(jìn)行內(nèi)含子的多聚嘧啶尾 、分枝點及調(diào)節(jié)序列的 ( ) keyword s ”輸入“ hsp ” , 在輸出的一系列結(jié)果中 , 查查詢 。 詢者點擊目的基因即可。1 . 2 Alt Extron 子數(shù)據(jù)庫Alt Extron 是由計算機產(chǎn)生的經(jīng)轉(zhuǎn)錄證實的結(jié)構(gòu) 2 AltSplice data 的使用性和選擇性外顯子和內(nèi)含子的數(shù)據(jù)庫 。到 2003 年 6月 ,Alt Extron 收集的

16、5 564 個基因中有2 581 個存在下面以本實驗室正在研究的一個食管癌相關(guān)基( ) 選擇性剪接事件 。 Alt Extron 是 AltSplice 的原型 , 更 因 NGAL neutrophil gelatinase - associated lipocalin在( ) 傾向于多方面了解ASD 工作組使用的方法, 并總體 AltSplice datahuman中查詢?yōu)槔?介紹ASD對基因上關(guān)注選擇性剪接所包含的生物學(xué)內(nèi)容 。在 docu2 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物選擇性剪接的分析描述 。本實驗室曾研究 1 - 4 mentation 中列舉了有關(guān)方法學(xué)的四篇文獻(xiàn)有助表明 NGAL 是一種新的食管癌相

17、關(guān)基因 , 可能在癌5 - 7 ( ) 入了 AltSplice data human 的查詢界面。 細(xì)胞的侵潤轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。以往研究證實人( ) NGAL 基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有7 個外顯子 , 但第七個外2 . 2 AltSplicedata human的查詢界面顯子不編碼蛋白,而NGAL在小鼠中的同源物24P3該界面設(shè)計簡單明了 , 可供查詢欄目有幾個大型基因有6個外顯子,其第六個外顯子相當(dāng)于人 NGAL數(shù)據(jù)庫的ID HAccession和gene keyword 等。在EVENTS 8 ,9的第六、七外顯子合而為一。中有simple ,complex 和 both 三個選項，在未知具體選擇

18、性剪接形式時，默認(rèn)為“both”。我們在“ limit to gene 2 . 1 進(jìn)入AltSplice data查詢界面()在 ASD 的主頁點擊 AltSplice , 將顯示 AltSpli cekeyword s ” 中 輸入“NGAL后，點擊“submit ”。經(jīng)上述步驟后得到一個輸出結(jié)果，見圖1 。的兩個子目錄Data和Access ;點擊Access 進(jìn)入AltSplice Data Interfaces , 點擊 Human 的超鏈接，就進(jìn)AiMWU. tn J H.Fn 0J HRu; Hcriii EWirtMTWi M- *2 .曄 Z.E.i :圖1查詢結(jié)果條目()(

19、) 即NGAL ,其為條目 中有Ensembl gene id 和簡短描述。點擊 LCN2 ID 2Ensembl gene id 的超連接，即可進(jìn)入一個羅列具體查 ENST00000341046，有6個外顯子，長度為597bp ,翻詢結(jié)果的頁面，主要有Gene : ENSG00000148346和譯產(chǎn)物長度為198個氨基酸。轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)示意圖見圖Transcript ID : ENST00000177480 等。這些均 為超連4 。同樣由圖可知LCN2的轉(zhuǎn)錄前體長為3.60kb 。接，點擊可到其相應(yīng)頁面查看。Gene : ENST00000277480 與 ENST00000341046相比，在

20、ENSG0000014834新 一 個 Ensembl Human Geneview轉(zhuǎn)錄水平上,前者比后者多239bp ,其中在5'端前者頁面,包括 Ensembl Gene Report 和 Transcript HTransla2 比后者多 87bp , 在 3端多152bp ; 在翻譯水平上 , 前 tion Summary 兩大模塊 。前者包含的信息有基因名 者的第一外顯子的部分序列 , 第五外顯子最后一個稱 、染色體位置、直系同源物和SNP等，而Transcript 口堿基及第六、七全部序列沒有翻譯成蛋白 , 后者的六Translation Summary 在 NGAL 查

21、詢 結(jié) 果 中 包 含 兩 部 個外顯子皆可翻譯成蛋白 , 兩者的蛋白序列相差6分 : 個殘基 。由上述信息可知 ,NGAL 基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可() 能有兩種不同的加工形式, 產(chǎn)生兩種不同的產(chǎn)物。 1ENST00000277480 ,含有 7 個外顯子 , 長度為836bp , 翻譯產(chǎn)物長度為 192 個氨基酸 , 還有相似性這與本實驗室以往的研究結(jié)果相吻合。( ) 配對 , 蛋白特點和轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)見圖 2 等 。由圖 2 可 與其他數(shù)據(jù)庫相比 ,ASD 的優(yōu)點是許多資源是知 ENST00000277480 轉(zhuǎn) 錄 前 體 長 為 4 . 02kb 。點 擊從文獻(xiàn)中收集獲得，數(shù)據(jù)經(jīng)實驗室證明，具有很高

22、的ENST00000277480相對應(yīng)的Exoninformation , 可查看 可信度 。其缺點是, 不能輸入序列直接進(jìn)行查詢 , 查 其外顯子信息，見圖3。由表格可得ENST00000277480詢者需對查詢目的基因有一定的了解 , 如名稱 、一些的七個外顯子序列 , 其中第一個外顯子5端部分序數(shù)據(jù)庫的 ID 等 , 但從整體來說，ASD與EB I、SWISSFU及第六、七個外顯子全部序列在電腦屏幕界面上 - PROT 等其他數(shù)據(jù)庫有超連接, 提供豐富的生物顯示為紫色, 示意這些序列為轉(zhuǎn)錄非翻譯區(qū) , 這與圖信息學(xué)內(nèi)容 , 不失是個查 詢基因選擇性剪接的好數(shù)2是一致的：七個外顯子中第一外

23、顯子部分，第六、據(jù)庫七個外顯子為空白框架，區(qū)別于黑色的轉(zhuǎn)錄翻譯區(qū)I lOlLL圖2 ENST00000277480轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)示意圖()下轉(zhuǎn)第184頁expression patterns with a complementary DNA microarrayJ . Science , 8 Jian - Xun FENG , Sheng - Jian J I , Yong - Hui SHI ,et al . Analysis of()2 five differentially Expressed Gene Families in Fast Elongating Cotton fi1995 ,27

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