酵母中全转录组RNA和蛋白质组结合的高通量分析及研究

RNA-protein interaction study previously focused on RNA-binding proteins (RBP). Usually, RNAs bound by a certain protein were pooled and profiled. Recently, people found that many RNAs, especially noncoding RNAs, function in different ways by interacting with different proteins. It is quite helpful to know which proteins a certain RNA molecule binds in order to infer the RNA's new functions. In this project, we propose to analyze the transcriptome-wide RNA structures and RNA sequence motifs bound by the whole proteome. We reinvent the PAR-CLIP method to pull down the RNA fragments bound by all kinds of proteins in yeast. And we are also developing the bioinformatics tools to analyze the new data to refine the binding profile. Subsequently, we would identify the transcriptome-wide protein binding RNA motifs on a single nucleotide level. We would use the binding features to build RNA-protein interaction network and infer RNAs' new functions in different pathways. Meanwhile, using the whole proteome-binding atlas in yeast, we can fundamentally improve the current RNA secondary structure prediction force field by including the protein interactions.

传统的RNA-蛋白质相互作用实验技术都仅仅局限于单个RNA结合蛋白所结合的RNA片段，是以某一个蛋白质为中心，研究会有哪些RNA和其相互结合并发生作用。随着现在学术界开始将重点转向对RNA尤其是新型的非编码RNA的研究和分析上，本项目的出发点和创新之处是突破性地以RNA为中心，去探索性地研究和整个蛋白质组的所有蛋白质相结合的RNA序列和结构。我们创新性地改进了PAR-CLIP这一研究RNA-蛋白质相互作用的高通量技术，并将同步开发与之匹配的最新生物信息算法。最终，我们将在整个基因组水平上，利用改进的高通量PAR-CLiP技术和生物信息算法，从酵母开始，在单核苷酸的高精度上测出 "每一个表达的RNA" 和 "全蛋白质组" 相结合的位点、一级序列motif、RNA二级结构以及生物功能。同时，我们将利用这些全新的信息革新已被广泛承认和使用的RNA二级结构算法。

在真核细胞中，转录组和转录后调控有着密切的关联：转录本RNA从产生直至降解的过程中，总是被RNA结合蛋白（RBP）和其他RNA分子结合，这些调控因子参与几乎所有的转录后调控事件，包括RNA分子的剪接、加尾、亚细胞定位以及降解等；而转录后水平上精确的各种调控机制进一步增加了细胞内转录组的复杂性，使得细胞表现出极为多样的细胞状态类型以及对胁迫的迅速应答。近年来，高通量测序技术的发展为我们整合研究转录组与转录后调控提供了机会。.传统研究局限于单个蛋白和RNA的相互作用，而且不同条件下RNA结合蛋白结构偏好的动态变化鲜有研究。本项目突破性地以RNA为中心，针对最新的gPAR-CLIP数据以及其他CLIP-seq数据，开发了很多最新的生物信息学算法和数据库。我们针对mRNA、新型noncoding RNA和蛋白质相结合的位点，分析蛋白质相结合的RNA序列和结构偏好，并利用这些全新的技术革新已被广泛承认和使用的RNA二级结构算法。我们发现RBP结合位点总体上倾向于单链RNA区域中，具有进化保守的特征，有助于体内特定RNA二级结构的形成，并与RNA分子的生物学调控作用相关。.我们构建了RBP转录后调控的整合型数据库CLIPdb和POSTAR。CLIPdb是提供全转录组水平上高精度的RBP结合位点的数据库，我们从已发表的公共数据中收集人、小鼠、线虫和酵母四个模式物种的CLIP-seq数据，用统一的计算流程在全转录组水平鉴定RNA结合蛋白的结合位点，为研究者提供用户友好界面去查询和下载感兴趣的CLIP实验数据及结果。POSTAR提供了人类和小鼠转录组中规模最大的来自实验证据和计算预测的RBP结合位点。利用大量的分子调控事件、基因组变异位点以及功能性基因等信息，POSTAR对RBP结合位点进行了详细的注释。.本项目通过高通量数据的整合计算分析，揭示了RBP参与调控的复杂机制，为更好地理解RBP参与介导的转录组与转录后调控机制提供了有价值的数据资源。

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