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RNA二级结构的研究是当今生物信息学一个非常重要的课题,长期的研究积累使该领域获得很大的拓展和深入。血红蛋白HBB基因由于其在医学领域的重要意义,是研究得最清楚的基因之一。
血红蛋白病是目前单基因遗传病中研究最深入、最清楚的疾病。血红蛋白病常分为两大类:异常血红蛋白病和地中海贫血综合症。很多血红蛋白基因突变已经被确认可导致包括地中海贫血的多种血红蛋白疾病。目前,对HBB基因所引起的疾病研究大多考虑到RNA-维序列,还未深入到二级结构。本文通过选取β-珠蛋白HBB基因单核苷酸突变的几个样本,来探讨mRNA的二级结构与其所编码的蛋白质二级结构间的相关性。
采用我们实验室已验证的“动态延伸折叠”模拟方法。选取血红蛋白HBB基因及其4个单核苷酸突变体HbS、HbE、HbC和HbD为研究对象,进行二级结构框架的构建。为了更好的表达mRNA共转录折叠,以30个核苷酸起始,取1-30nt,1-60nt,1-90nt,……1-mnt(全长),每次增加30nt作为延伸折叠场的样本,直到序列全长。对每个折叠场都进行预测,然后找出预测结果中的共同部分,按其出现频率分成四类发夹及链构象。经过对这些不同保守度的结构单元的分析整理,构建出这五个样本的Pre-mRNA和mature mRNA的二级结构。将构建出的5个mature mRNA二级结构对比分析,发现除了HbD与HBB比较没有出现变化外,其余三个突变体均在发夹或链构象上体现出差异。从PDBSUM数据库中找到对应5个mRNA核苷酸序列编码的蛋白质二级结构,发现其中4个单核苷酸突变后,其对应蛋白质二级结构单元α螺旋、G螺旋(310-Helix)和β、γ转角,与HBB所编码的蛋白质二级结构对比都出现变化。这些变化多数可以用mRNA二级结构对应变化来解释。
实验结果表明,HBB及其3个单核苷酸突变体HbS,HbE和HbC的mature mRNA二级结构与其编码蛋白二级结构存在一定相关性,而HbD所编码蛋白质其二级结构的变化更多的是由氨基酸一维序列影响。