miRNA-靶基因预测算法研究概况.doc

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1、miRNA靶基因预测算法研究概况摘　要：microRNA(miRNA)是一类约22个核苷酸(nt)长的非编码小分子RNA，广泛存在于动植物细胞中，通过和靶基因的不精确互补配对而裂解mRNA或抑制翻译的起始。准确地预测miRNA靶基因和正确地认识miRNA及其靶基因的作用机理已成为当前研究的热点。作者试图对目前常用的10余个高等生物miRNA靶基因预测软件的实现原理、适用对象及各算法的创新之处等加以综述，以便为进行靶基因关键词：miRNAs；靶基因预测；生物信息学；RNA干扰miRNA是一类约22nt长的非编码

2、小分子RNA，由长约70nt可形成发夹结构的前体经dicer酶剪切而来。通过和信使RNA(mRNA)3'端非翻译区(UTR)不精确互补配对而裂解mRNA或抑制翻译起始，对细胞分化、增殖、凋亡、致癌、抑癌、胰岛素等内分泌激素的分泌和胆固醇代谢等诸多生物过程进行调节[1-5]。认识miRNA的作用机制，关键是认识miRNA及其靶基因的相互作用。第一个miRNA及其靶基因于1993年通过经典遗传学方法鉴定，然而直到2001年才相继有其他miRNA的报道[6-10]。尽管缺乏敏感的miRNA克隆方法和鉴定miRNA靶

3、基因的高通量实验方法，但人们在研究过程中发现，miRNA和靶基因的相互作用具有一定的规律性，可以允许编程来对其预测[11]，因此，在随后的几年中，miRNA靶基因预测软件迅速兴起并发展，从2003年第一个靶基因预测软件miRanda到现在，短短的4年间，已涌现出10余个靶基因预测软件(表1)。本文以PicTar为界，对其前出现的miRNA靶基因预测软件(第一代靶基因预测软件)及其后出现的靶基因预测软件(第二代靶基因预测软件)分别从其设计原理、适应范围、各算法的创新之处等方面加以综述。miRNA靶位点通常分为三

4、类[7](图1)：(1)5'端主导型；(2)5'端“种子”主导型；(3)3'端互补型(图1)。“种子”是指从miRNA序列5'端第1个或第2个核苷酸起向3'末端延伸的连续7个核苷酸。5'端主导型指miRNA种子序列和3'端一些连续的碱基与靶基因完全互补；5'端“种子”主导型指miRNA种子序列和3'端有限的一些碱基和靶基因完全互补；3'端互补型指miRNA序列3'端碱基和靶基因发生不完全互补配对，同时有个别配对向种子区延伸。第一代预测软件大多都是从种子互补这一规则出发设计算法的，其次是miRNA靶基因跨物种间

5、保守性；而第二代预测软件更倾向于机器学习方法训练参数进行靶基因预测。　第一代靶基因预测软件　miRanda　miRanda是Enright等[12]于2003年5月开发的第一个miRNA靶基因预测软件。miRanda适用范围广泛(表1)，不受物种限制，同时提供了Windows、Linux和Macintosh多平台版本，可以下载到本地运行。碱基互补方面，miRanda算法和Smith-Waterman算法[13]相似，但它以碱基互补(如A=U,G≡C等)代替Smith-Waterman算法中的碱基匹配(如A-A

6、,U-U等)来构建打分矩阵，允许G=U错配，为了体现miRNA3'端和5'端与靶基因作用过程中的不对称性，软件给出了scale参数(5'端11个碱基得分值乘以该值，然后和3'端11个碱基得分值相加作为碱基互补得分)。同时强调miRNA第2到4位碱基和靶基因精确互补，第3到12位碱基和靶基因错配不得多于5个，9到L-5(L为miRNA总长)位碱基至少一个错配，最后5个碱基错配不得多于2个。在热力学方面，miRanda利用维也纳软件包中的RNA二级结构程序包RNAlib(Vienna1.3RNAsecondary

7、structureprogramminglibrary)评估miRNA-靶基因二聚体的结合能，对于潜在的杂交位点，miRanda也给予打分。靶位点的跨物种保守性，要求靶位点在多物种3'UTR比对中相同位置碱基相同。对于多个miRNA对应于同一靶位点的情况，miRanda使用贪心算法取得分最高且自由能最低的那对。miRanda网站提供有人、果蝇、斑马鱼的靶基因预测结果，也提供了miRanda软件的下载链接(表1)，需要注意的是不同平台，不同版本miRanda默认参数有所不同。[参　考　文　献]1.生命科学（Ch

8、ineseBulletinofLifeSciences）第19卷第5期临床102冯晓飞106080010