人類基因組轉(zhuǎn)錄因子的環(huán)境對基因長度和表達的影響

人類基因組轉(zhuǎn)錄因子的環(huán)境對基因長度和表達的影響作者DaudiJjingoAhsanHudaMadhumatiGundapuneniLeonardomarino-RamireI.KingJordan作者機構(gòu)佐治亞理工學(xué)院國立生物技術(shù)信息中心，國家醫(yī)學(xué)圖書館，衛(wèi)生部生物信息學(xué)研究所摘要獨立調(diào)查已經(jīng)證明轉(zhuǎn)座因和基因長度對基因表達的影響。轉(zhuǎn)座因子的基因片段和基因長度有關(guān)，這表明他們不是獨立的。我們綜合評估，轉(zhuǎn)座因子的基因片段和基因長度分別與基因表達的整體水平和整個組織中的表達廣度有關(guān)。我們的研究結(jié)果證實通過基因表達，并指向不同的機制，不同的轉(zhuǎn)座因子的家庭有可能有助于調(diào)控基因的轉(zhuǎn)座因子環(huán)境的整體相關(guān)性。關(guān)鍵詞基因表達基因調(diào)控選擇假說基因組設(shè)計假說中紅外簡介對于基因分析者來說基因結(jié)構(gòu)和基因表達的關(guān)系仍然是一個持續(xù)的基因組分析關(guān)注的課題。在一個開放性的研究中，卡斯蒂落，戴維斯等人指出對于人類和蠕蟲的基因內(nèi)含子長度與基因表達呈正相關(guān)。換句話說較短的基因被發(fā)現(xiàn)在較高水平的表達上，較長的基因在基因表達水平較低的，為了解釋這一問題作者指定了“選擇假說”，該假說斷定，高表達的基因更短，由于在盡量減少能源和時間花費在轉(zhuǎn)錄上。2004年維諾格拉芙也指出緊湊的基因高度表現(xiàn)，但他提出了這樣不同的解釋，高表達的基因長度越短越好，這些基因往往是在眾多組織中廣泛表達，從而有更簡單的調(diào)節(jié)，而需要較少的調(diào)控序列元素解釋，換句話說，廣泛表達的基因基于調(diào)控元素的相對貧乏而導(dǎo)致的他們平均長度的縮短。假設(shè)基因組設(shè)計的概念，即建立在基因長度之間的表達水平明顯反映了基因之間的關(guān)系和表達的長度。選擇假說和基因組設(shè)計獨特的假設(shè)作出了關(guān)于基因長度和基因表達之間的關(guān)系的預(yù)測。在上述的研究中，有一個調(diào)查與基因結(jié)構(gòu)和基因表達的關(guān)系，從不同的角度進行研究。在真核生物的基因組中特別是哺乳動物的基因組，大量的轉(zhuǎn)座因子的出現(xiàn)影響到基因結(jié)構(gòu)的衍生序列。轉(zhuǎn)座因子的衍生序列在哺乳動物中很非豐富，至少百分之四十五的人類基因組序列是被注冊的，此外，非隨機序列的轉(zhuǎn)座因子分布在基因組中。在人類基因組中，正玄元素富集在基因資源富集的地方，而第一元素在資源匱乏的地方。最后個人的基因可以極大變化。在過去的幾年里，一系列的研究使人們注意到基因和周圍環(huán)境與轉(zhuǎn)座因子的水平和基因表達的廣度的關(guān)系。2003年人類基因組數(shù)據(jù)被運用，人類轉(zhuǎn)錄圖譜被建立，這張圖確定高表達的基因同位基因簇與基因元素的關(guān)系，這些基因簇是密集的，具有較高的基因元素含量，尤其是鋁元素含量豐富，并有低線密度，后來發(fā)現(xiàn)大多數(shù)人的基因表達的L1元素消耗殆盡，表現(xiàn)出一種機制，可以部分解釋這種模式，他們指出母體元素可以在破壞轉(zhuǎn)錄延伸的基礎(chǔ)上依賴于強大的多聚腺苷酸而存在。后由轉(zhuǎn)座因子的表達水平和表達的廣度測量出表達高峰。除了表達水平和表達深度，對哺乳動物轉(zhuǎn)座因子的環(huán)境也有可能涉及到癌組織中的表達和基因表達的進化分歧。截止到目前為止，還沒有一個人試圖考慮這兩方面的的共同調(diào)查（1）基因長度和表達之間的關(guān)系（2）轉(zhuǎn)座因子的環(huán)境和基因表達的關(guān)系在這項研究中，我們試圖理清基因長度的影響和基因表達的轉(zhuǎn)錄環(huán)境并評估表達的各自影響，那樣我們就能更徹底的評估基因與基因組結(jié)構(gòu)和設(shè)計假設(shè)選擇的連接。材料和方法。確定基因位點將我們定義的特殊基因參考人類基因序列找出不同的基因位點。確定基因和基因間的的轉(zhuǎn)錄因子分數(shù)為了確定人類基因的分數(shù)是由轉(zhuǎn)錄因子決定序列的，故將人類轉(zhuǎn)錄因子分配到六大主要轉(zhuǎn)錄因子家族中。在脫氧核苷酸基因組中使用了基因的同位因子，對于每個轉(zhuǎn)錄因子的類型看作是堿基被基因的轉(zhuǎn)錄因子占領(lǐng)。從而計算出和基因間的轉(zhuǎn)錄因子分數(shù)?；虮磉_數(shù)據(jù)為了測量基因在不同組織中的表達，我們用從諾華研究所基因組研究會所獲得的微陣列基因表達在人體組織中進行基因表達探針檢測，探針檢測到多個被丟棄的基因，這樣是表達數(shù)據(jù)最終得到一個最終數(shù)據(jù)。測量基因長度的參數(shù)和基因表達在芯片上表達的數(shù)據(jù)被用來計算三種測量基因表達：表達高峰，表達深度，和組織特異性的廣度要獲得表達高峰，用高效表達的基因與轉(zhuǎn)換了的基因進行轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)表達的高峰水平?；蜷L度的相對效果和轉(zhuǎn)錄因子的基因表達進行了評價，其中基因長度和轉(zhuǎn)錄分數(shù)是獨立的變量，他與參數(shù)的基因表達高峰。對于這些分析參數(shù)值依次排列。對所有數(shù)據(jù)進行處理，并使用相同的排名程序，使自變量的相對影響比較好評估?；蚓垲惐磉_但對于回歸分析獨立的和非獨立的變量關(guān)系比較密切。偏相關(guān)分析是用于控制相關(guān)性對自變量的影響，多元回歸分析來決定所有的轉(zhuǎn)錄子分數(shù)和偏相關(guān)值的測定方法人類基因和周圍的轉(zhuǎn)錄因子分數(shù)間隔是綠色的和基因是紅色的轉(zhuǎn)錄子的分數(shù)分布。轉(zhuǎn)錄因子的分數(shù)間隔之間的關(guān)系和相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄因子之間的關(guān)系是相對應(yīng)的。轉(zhuǎn)錄因子的分數(shù)間間隔之間的關(guān)系和基因長度與基因之間的轉(zhuǎn)錄因子和基因長度的關(guān)系。Pearson相關(guān)系數(shù)以及它們的值顯示所有成對回歸。轉(zhuǎn)錄因子的分數(shù)一系列的數(shù)據(jù)顯示了人類基因的基因片段與表達高峰的關(guān)系以及基因與基因片段的關(guān)系還有基因片段與基因長度的關(guān)系。結(jié)果與討論在人類基因組中的轉(zhuǎn)錄因子環(huán)境，從人類基因組參考序列的基因進行了分析，轉(zhuǎn)錄因子共同注釋的特點是人類基因轉(zhuǎn)錄因子的環(huán)境，以19123單元為例，他協(xié)調(diào)的替代剪接變異體，并代表離散的基因位點，共同進行了在方法和材料中描述的Repeatmasker注解派生。每個人的基因位點都來自轉(zhuǎn)錄因子的部分序列，在第六家庭中，除鋁，一級，二級，其他類別的頻率太低，大大影響了整體的人類基因轉(zhuǎn)錄因子的環(huán)境。人類基因的轉(zhuǎn)錄因子平均分數(shù)為百分之三十四，標準偏差為百分之十八，人類轉(zhuǎn)錄因子的基因片段展現(xiàn)了相當廣泛的分布是與某個基因ETS有關(guān)的。存在無基因的轉(zhuǎn)座因子與選擇性出去細胞核的轉(zhuǎn)座因子一致。轉(zhuǎn)座因子與個別的基因一致，其中鋁元素基因被發(fā)現(xiàn)在人類基因組最豐富的家族中，而輕鐵元素在頻率最低的基因中。從轉(zhuǎn)座因子的長度分布中可以看出，他們大多數(shù)是短的，由于它們具有很高的耐受性傾向?？傮w而言，間隔區(qū)出現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)錄因子分數(shù)，并有一個較低的基因變異比正常地區(qū)看到更多分叉。對于其他基因，基因和基因間的轉(zhuǎn)錄因子高度呈正相關(guān)。其基因組的概念與當?shù)氐沫h(huán)境有關(guān)。如導(dǎo)言所出，對基因長度和表達之間的關(guān)系進行研究分別從基因之間的轉(zhuǎn)錄因子環(huán)境和他們表達的關(guān)系著手。然而基因長度與基因轉(zhuǎn)錄因子的分數(shù)可能與基因的長度的增加有關(guān)。按照時間，至少部分到了衍生序列積累的時候。另一方面如果通過機制不涉及轉(zhuǎn)錄因子的增加，那么就不應(yīng)該有任何基因之間的轉(zhuǎn)錄分數(shù)和基因長度的相關(guān)性。為了區(qū)分這兩種可能，我們把它們的人類基因的長度和轉(zhuǎn)錄因子得分數(shù)進行了比較。轉(zhuǎn)座因子與基因之間存在著強烈的關(guān)系。在最短的百分之一的基因平均是由轉(zhuǎn)座因子組成的。這一比例逐漸提高到百分之三十九點七，百分之一的最長基因平均轉(zhuǎn)錄分數(shù)為百分之三十七。具體地說，在所有百分十七的基因，獲得轉(zhuǎn)錄因子積累的逐步從百分之零點零五上升到百分之八點五。至于超過這個基因余下的基因基因長度不變。轉(zhuǎn)座因子的的基因與基因間的組分的高度有關(guān)，這些數(shù)據(jù)顯示，與轉(zhuǎn)錄因子分數(shù)和家庭的分布不同而有差異的基因組，有可能取決于GC的含量。因此，積基因的轉(zhuǎn)錄因子分數(shù)之間的關(guān)系只是反映了和基因長度的關(guān)系，此外偏相關(guān)分析表明轉(zhuǎn)錄因子與基因長度呈正相關(guān)，換句話說轉(zhuǎn)錄因子的基因片段之間的關(guān)系確實出現(xiàn)了一些基因特異性，而不是區(qū)域組織基因。為了評估基因組之間的轉(zhuǎn)錄因子和基因長度，我們將重點放在家庭和個人的轉(zhuǎn)座因子發(fā)現(xiàn)?；騼?nèi)的alu的急劇上升和峰分數(shù)是由一個幾乎同樣的頻率急劇下降的過程中型基因決定，產(chǎn)生一種中型分布，然而，轉(zhuǎn)錄因子的基因片段分析所有轉(zhuǎn)錄因子的家庭分布趨于線性關(guān)系一般為基因長度。轉(zhuǎn)錄因子的環(huán)境和選擇假說為了涉及人類基因的基因表達和基因長度，人類基因表達的三個參數(shù)測定采用了如在材料和方法描述的a.表達高峰b.廣度表達式。高峰是最大基因表達水平并代表整體基因表達水平，其中一個基因可以被認為是組織數(shù)量。選擇假說預(yù)測更強的高峰與基因長度有關(guān)，而基因組的設(shè)計是一個與基因長度也有較強的相關(guān)性。其實這是一種過于簡單化的措施，可能無法區(qū)分出表達水平?；貧w分析是單獨用來比較轉(zhuǎn)錄因子的基因片段。與之前的結(jié)果相比，基因長度可以看作是有一個更強大的高峰。百分之四十八的變異性高峰是由于化驗得出的?；蜷L度與高峰之間的關(guān)系非單調(diào)的形狀轉(zhuǎn)錄因子的假說和基因組設(shè)計環(huán)境假說基因之間的關(guān)系在這里看到的是比較薄弱的，結(jié)果顯示，盡管有所有的狹隘最長基因表達，而許多小型的關(guān)于狹義表達的基因也是存在的，是由于緊湊表達的基因的關(guān)系。更令人驚訝的是，對于基因長度偏相關(guān)值與BE是積極的關(guān)系可以預(yù)計，更多的俠義表達的基因應(yīng)經(jīng)不再是。所以基因設(shè)計假說更接近，我們把一個組織的表達特異性的TS替代措施。假設(shè)假定的基因組假說，增加的基因長度是在進一步的監(jiān)管基因。對于成對回歸分析，其實基因和TS間是強烈的負相關(guān)性?？偠灾?，轉(zhuǎn)錄因子的基因片段也有中心，為TS系數(shù)最高。這些數(shù)據(jù)表明，人類基因的影響比數(shù)量的組織在其中一個組織更重要。9.線元素和基因表達水平如前所述基因分析，這里的選擇假說被支持，因為基因長度的高峰有關(guān)。然而，最強高峰負相關(guān)性回歸分析是成對出現(xiàn)的線基因片段的。高峰的多元回歸分析和測定偏相關(guān)性系數(shù)較高，百分之七十五的變異性是高峰線基因的。因此，西安基因組能更準確的預(yù)測高峰基因。這表明該基因片段的的線變化是與基因表達的變化有關(guān)的。但也有可能是區(qū)域的基因組功能。據(jù)悉，現(xiàn)行元素聚集的地區(qū)與GC的含量有關(guān)，，因此我們再次看到的都與GC有關(guān)。第一元素彌補了人類百分之十七的基因組序列，實驗研究表明，線基因序列的存在可以降低內(nèi)轉(zhuǎn)錄活性，這里的事實可能是線基因轉(zhuǎn)錄抑制基因。其實事實上，顯示在1KB和2KB的局部頻率最大元素都在顯示更遠端地區(qū)的最大值，這種模式是一種獨特的調(diào)節(jié)方式，周圍組織特異性基因的轉(zhuǎn)錄起始位置跟轉(zhuǎn)座因子的頻率有極大關(guān)系，紅線與轉(zhuǎn)座因子的密度分布有關(guān)，彩色圓點表示不同頻率的最大位置。如果基因的調(diào)節(jié)作用是建立在共同的轉(zhuǎn)座因子的基礎(chǔ)上。結(jié)論人類基因組具有怎樣的影響，關(guān)于這一主題的研究