利用信息熵分析miRNA序列关键位点的保守性与碱基关联

"杜江峰,武永军,张银霞等人使用信息熵方法分析成熟体及前体miRNA序列的重要位点，揭示了序列保守性和碱基关联性，该研究发表在《中国科学C辑:生命科学》2009年第39卷第4期，受到国家自然科学基金资助。" miRNA（microRNA）是一种长约21至25个核苷酸的非编码RNA分子，起源于长约60至160个核苷酸的前体序列，该前体具有典型的茎环结构。miRNA在生物界中广泛存在，从简单的真核生物到高等生物如人类，都发挥着重要的调控作用。它们主要通过与mRNA互补结合，调控基因表达，参与多种生物学过程，包括发育、细胞周期、分化和疾病发生。 本研究利用信息论中的熵概念，对已知的miRNA及其前体序列进行分析，旨在寻找序列上的保守位点和碱基关联性的证据。信息熵是一种衡量信息不确定性的指标，这里用于量化miRNA序列中各碱基出现的随机性或稳定性。研究人员将miRNA数据集按来源（动物、植物和病毒）和在前体序列的位置（头部和尾部）分为12组，并分别计算了单个碱基信息冗余度（D1(L)）和相邻碱基相关信息冗余（D2(L)）。 研究结果显示，D2(L)通常比D1(L)包含更多关于序列结构和稳定性的信息，虽然两者的值在各组间大致呈正相关。这意味着相邻碱基的关联性可能在miRNA功能中扮演了重要角色。特别地，病毒源的miRNA前体在关键位点上表现出更高的保守性，这可能反映了病毒miRNA在演化上的特异性适应。 此外，U（尿嘧啶）在研究的位点中占比显著，这可能与miRNA的生物学功能有关。在某些组中，Dicer酶的剪切位点（前体miRNA成熟的关键步骤）显示出高度的保守性，这提示保守性对于miRNA的成熟过程至关重要，并可能参与了Dicer酶的识别和切割机制。 这项研究通过信息熵方法为理解miRNA前体的一级结构提供了新的视角，强调了序列保守性和碱基关联性在miRNA生物学功能中的重要地位，为进一步探索miRNA的功能和作用机制提供了理论依据。