6.RNA Regulation Analyses

0) Introduction

在本节中,我们将介绍一系列从二代测序数据出发分析RNA调控的生物信息学方法。基因表达的调控指的是细胞通过改变不同蛋白的表达水平来响应外界的变化。这里的RNA调控指的是在RNA水平上的基因调控。利用二代测序来对RNA调控进行分析,有些利用常规的RNA-seq数据就可以完成,有些则依赖于比较特殊的测序方法。例如:
  • 在不同组织中或不同条件下,真核生物的转录本普遍存在可变剪接(alternative splicing),这就可能导致蛋白产物也相应的发生变化。除此之外,还存在一些跨转录本的剪接事件,导致不同基因的转录本被嵌合到一条RNA中,产生嵌合RNA(chimeric RNA);以及反向剪接(back splicing)事件,使得一部分转录本首尾相连形成环状(circular RNA)等。这些剪接产物有些会被表达出来,直接导致蛋白的改变;也有一些会发挥调控作用。常规RNA-seq数据就可以用来做以上这些剪接事件的分析。
  • 真核生物mRNA的polyA加尾的位置也会有可变性,这一般被称为alternative poly adenylation(APA)。这样产生的转录本3' UTR就会存在序列差异,从而可能导致mRNA翻译效率,稳定性,定位等发生变化,最终调控蛋白的表达。常规RNA-seq数据可以用来做APA的分析,也有专门针对APA分析设计的测序方法,如PAT-seq等。
  • 各种RNA修饰(RNA编辑,m6A甲基化等)也会使序列发生改变,进而影响调控因子的结合或导致蛋白序列的改变。常规RNA-seq数据可以用来做RNA编辑的分析,其他的多数RNA修饰需要依赖于特殊的测序方法。
  • miRNA会通过诱导转录本的降解等方式来调控基因表达。有很多生物信息学方法可以用来预测miRNA的结合位点,也有实验方法如Degradome-Seq (PARE-seq)可以通过对被降解的末端进行测序来对miRNA引发的降解事件进行分析。
  • 很多RNA调控的结果是引起翻译的变化。ribo-seq为研究翻译组提供了有力的工具。
  • RNA的结构在RNA调控中发挥了很重要的作用。目前已经有不少测序技术可以用来研究不同条件下细胞内RNA结构的变化,如icSHAPE, SHAPE-map等。
Events
Sequencing Methods
Bioinformatics Tools
Splicing
Conventional RNA-seq
rMATs, MISO
APA (Alternative Poly Adenylation)
Conventional RNA-seq/PAT-seq
DaPars, APAtrap
Modification
m6A-seq, MeRIP-seq, miCLIP
m6aViewer, MeRIP-PF
Editing
Conventional RNA-seq
RNAEditor, rMATS-DVR
Degradation
Degradome-Seq (PARE-seq)
sPARTA
Translation
Ribo-seq
Ribocode, RiboWave, Xtail
Structure
icSHAPE, SHAPE-map, DMS-seq
icSHAPE-pipe, shapemapper2

1) Files Needed

Method 1: Use Docker

docker images的下载链接如附表所示:
(1) 6.1 Alternative Splicing: bioinfo_PartI-PartII-PartIII1-3.tar.gz
#与PART I + II类似
docker load -i ~/Desktop/bioinfo_PartI-PartII-PartIII1-3.tar.gz #load the image
docker run --name=bioinfo_tsinghua -dt -h bioinfo_docker --restart unless-stopped -v ~/Desktop/bioinfo_tsinghua_share:/home/test/share xfliu1995/bioinfo_tsinghua:2
docker exec -it rnaeditor bash
cd /home/test/alter-spl/
(2) 6.2 APA, 6.8 Ribo-seq, 6.9 Structure-seq:bioinfo_tsinghua_6.2_apa_6.3_ribo_6.4_structure.tar.gz
docker load -i ~/Desktop/bioinfo_tsinghua_6.2_apa_6.3_ribo_6.4_structure.tar.gz
#注意:下面的文件挂载目录为~/Desktop/bioinfo_tsinghua_share, 自己运行时记得改为自己新建的一个目录名称。
docker run --name=rnaregulation -dt -h bioinfo_docker --restart unless-stopped -v ~/Desktop/bioinfo_tsinghua_share:/home/test/share gangxu/bioinfo_tsinghua_6.2_apa_6.3_ribo_6.4_structure:latest
docker exec -u root -it rnaregulation bash
# APA
cd /home/test/rna_regulation/apa
# Ribo-seq
cd /home/test/rna_regulation/ribo-wave
# Structure-seq
cd /home/test/rna_regulation/structure_seq
(3) 6.3.Chimeric RNA Detection: bioinfo_chimeric.tar.gz
需要下载原始数据和基因组文件ctat_genome_lib_build_X_docker.zip,ref_genome.fa.star.idx.zip,请把 ref_genome.fa.star.idx 移到 ctat_genome_lib_build_X_docker文件中。下载解压后需要挂载。
docker load -i ~/Desktop/bioinfo_chimeric.tar.gz
mv ~/Downloads/ref_genome.fa.star.idx ~/Downloads/ctat_genome_lib_build_X_docker
docker run -dt -v ~/Downloads/ctat_genome_lib_build_X_docker:/data --name=bioinfo_starfusion gangxu/starfusion:latest
(4) 6.4 RNA Editing: bioinfo_rnaeditor.1.8.tar.gz
docker load -i ~/Desktop/bioinfo_rnaeditor.tar.gz
#注意:下面的文件挂载目录为/Users/xugang/Downloads/data2, 自己运行时记得改为自己新建的一个目录名称。
docker run --name=rnaeditor -dt -h bioinfo_docker --restart unless-stopped -v /Users/xugang/Downloads/data2:/data2 gangxu/rnaeditor:1.8
docker exec -it rnaeditor bash
cd /home/test
(5) 6.6.SNV/INDEL Detection: bioinfo_snv.tar.gz
docker load -i ~/Downloads/bioinfo_snv.tar.gz
docker run -dt --name=snv -v ~/Downloads/data:/data gangxu/snv:2.0
docker exec -it snv bash

Method 2: Directly Download

  • 如果不使用docker,也可以直接从该链接Files needed by this Tutorial中的清华云Bioinformatics Tutorial / Files路径下的相应文件夹中下载所需要的文件。

3) Teaching Videos (link)

  • PART III: RNA Regulation Analyses