[发明专利]一种预测突变对RNA二级结构影响程度的方法和相关设备

说明书

本发明提供了一种预测突变对RNA二级结构影响程度的方法和相关设备。本发明还提供了预测癌症基因组中富含或缺失riboSNitch元件的方法。本发明也提供了名为SNIPER的软件，能够用于预测riboSNitch并识别肿瘤中富含或缺失riboSNitch的非编码元件。

技术领域

本发明涉及检测突变对RNA二级结构影响技术领域，尤其涉及基于MEanDiff和EucDiff值预测体细胞突变对RNA二级结构影响程度的方法和相关设备。

背景技术

RNA二级结构可以从多方面影响细胞过程，包括影响RNA稳定性、RNA定位、RNA转录、RNA加工，甚至蛋白质的翻译等。其中，改变RNA二级结构的单核苷酸变异(SNV)，被称为riboSNitch。这些突变可能影响人类健康，导致某些人类疾病。尤其是一些非编码区域上的突变，其二级结构与基因的转录和翻译密切相关。本发明中特别研究了非编码区的riboSNitch，尤其是基因的非翻译区(UTRs)和非编码RNA(incRNA)。目前，人类对这些改变RNA二级结构的突变研究还非常有限。此外，在癌症发生发展的过程中会产生大量突变，但是目前并没有人系统性的研究过癌症发生发展过程中体细胞突变对RNA二级结构的影响。

RNA二级结构通过影响RNA定位、稳定性、剪接和蛋白质等翻译效率在基因调控中起关键作用。由于大多数人类基因组被转录¹，并且RNA的结构可能会影响转录后调控和翻译过程中的起始、延伸和终止等所有的蛋白质翻译过程²。因此，深入研究RNA二级结构可能有助于我们更好地理解其在调控中的分子和生物学作用。

RNA的二级结构对于每一个碱基来说只有单链或者双链这两种情况。目前，多组研究人员已经开发了利用探针特异性识别单链或者双链的结构对RNA二级结构进行检测，其中包括SHAPE-Seq和FragSeq、Mod-seq以及PARS等^3–6。随着二代技术的飞速发展，通过探针预测RNA二级结构的方法也随之提高了效率和准确性⁷。此外，还有研究人员开发了不同的软件，能够从序列预测RNA的二级结构，包括ViennaRNA、RNA-MoIP和RNASNP^8–10。最近的一项研究，利用PARS的方法对家族中(父亲、母亲和孩子)对RNA结构进行分析，研究发现该家族中的突变，有近15％的转录SNV改变了RNA局部的二级结构，被鉴定为riboSNitch。此外，这种突变是可遗传的，揭示了人类基因组中riboSNitch的普遍性^6,11。虽然全基因组研究已证明riboSNitch在RNA调控元件如miRNA和蛋白结合位点附近显着缺失，说明该区域的二级结构是比较保守的¹¹。此外，最近的研究还表明，改变局部RNA二级结构的突变可能会影响RNA结合蛋白(RBPs)及其结合亲和力。这些发现强调了结合位点周围RNA二级结构的重要性，这说明SNV可以通过改变局部RNA二级结构进一步影响RBP和miRNA的结合效率，从而可能在基因调控中发挥关键作用。

破坏RNA关键的二级结构的致病性SNV，可能通过改变二级结构影响RNA功能并最终导致疾病。有研究发现，导致高铁蛋白血症白内障综合征的和视网膜母细胞瘤的疾病相关点突变，可能通过改变5’UTR的RNA二级结构调控基因蛋白质的表达^14–16，这些突变都被证明是riboSNitch。研究人员在长非编码RNA(incRNA)核糖核酸酶MRP上也发现了riboSNitch，可能与人类软骨毛发发育不全有关¹⁷。除此之外，研究人员发现，FKBP5的3'UTR中的riboSNitch显著的改变了基因3’UTR的二级结构，进而影响了miR-320a的结合，研究人员表示可以通过改变二级结构从而介导对慢性创伤后疼痛的治疗¹⁸。这些研究说明了riboSNitch在人体中的重要性，并且这些riboSNitch可能可以被当做靶点，用于治疗相关的疾病。