[發明專利]一種細胞特異性基因組G-四鏈體的預測方法

有效

• 申請號: 202110030502.9
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN113160877B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 孫嘯;張卓凡;居勝紅;楊婧;劉宏德
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G16B15/30
• 分類號: G16B15/30;G16B20/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 丁靜靜

本發明公開了一種細胞特異性的G4?DNA預測方法，屬于基因技術領域。該方法包括以下步驟：(1)產生給定物種所有潛在的G4?DNA序列集合；(2)收集該物種實驗檢測所獲得的細胞特異性G4?DNA數據；(3)計算對應細胞全基因組范圍的染色質開放結構信號和甲基化分布信號；(4)建立G4?DNA的細胞特異性染色質環境特征向量；(5)建立正負訓練樣本集合；(6)通過樣本訓練，建立細胞特異性的G4?DNA預測分類器，其輸入是潛在序列的特征向量，輸出是正負樣本分類結果。現有G4?DNA預測方法只能識別體外形成的G4?DNA或者具有體內活性的G4?DNA，而本方法能夠識別特定細胞中存在的G4?DNA。

技術領域

本發明屬于基因技術領域，具體涉及一種細胞特異性的G4-DNA預測方法，實現對特定細胞或組織中G4-DNA的識別和鑒定，可應用于腫瘤的基因調控研究和細胞群體的分類研究。

背景技術

研究基因組結構與重大疾病之間的關系是國際基因技術發展的前沿，現有研究進展表明G4-DNA結構與腫瘤關系的發展和發展存在聯系，但是，直接檢測細胞中的G4-DNA結構非常困難，需要發展新的方法，去預測特定細胞或組織中是否存在G4-DNA體結構以及它們在基因組中的準確位置，進而研究這些G4-DNA 結構與疾病之間的關系。

基因組DNA大多是雙螺旋結構，但是也存在一種特殊的二級結構，即G-四鏈體(G-quadruplex)。G-四鏈體是由單鏈核酸上四段連續的鳥嘌呤(G)所構成，不同區段上的G構成正方形平面，該平面中相鄰的G通過Hoogsteen堿基配對形成兩兩相互作用。三層或更多的G4平面堆積在一起，形成G-四鏈體結構。每個 G的電負性羧基指向平面中心，可以容納單價金屬離子(如Na⁺、K⁺)，以穩定 G-四鏈體結構。G-四鏈體可以在DNA形成，也可以在RNA上形成。本技術重點基因組DNA上的G-四鏈體，簡稱G4-DNA。

G4-DNA最早是在染色體端粒部位被發現的，可以維護端粒結構。隨后科學家發現G4-DNA在基因轉錄、DNA復制、DNA重組等過程中發揮著作用，尤其是近幾年，越來越多的研究結果暗示G4-DNA是基因組關鍵節點，在基因組功能調控方面可能扮演著重要的角色。研究人員發現，可能形成G4-DNA的序列在基因轉錄起始位點上游1kb左右的啟動子區域的廣泛分布，人類基因組中超過40％的基因啟動子至少含有一段G4-DNA的序列，這暗示G4-DNA可能具有重要的基因轉錄調控功能，可能成為新的藥物靶點。

既然G4-DNA影響基因轉錄，自然就與人類疾病有關。實際上，G4-DNA更多定位于腫瘤相關基因和調控基因。許多原癌基因的啟動子區含有G4結構，如 VEGF、HIF-1α、bcl-2、c-kit等，這些G4結構對于原癌基因的表達具有重要的調控作用。最早是在原癌基因c-MYC的啟動子發現存在G4-DNA，并且發現該G4-DNA上的突變影響c-MYC的體內轉錄活性。最新的實驗研究結果表明：與多種腫瘤相關基因BCL2的啟動子上也有一個關鍵G4-DNA，它抑制基因轉錄。 KRAS基因也與腫瘤密切相關，該基因轉錄起始位點上游-148至-116的區域可以形成G4-DNA，該四鏈體將兩個重要的轉錄核因子招募到啟動子區，從而控制 KRAS基因的轉錄。范可尼貧血癥與基因組復制過程中的G4-DNA結構關系密切，解旋酶FANCJ可以對G4-DNA結構進行解旋，從而影響復制過程，導致染色體不穩定。