RNA结构调控翻译_2022_Deciphering the role of RNA structure in translation efficiency

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文献核心内容总结

背景：

本文探讨了RNA二级结构在翻译效率（Translation Efficiency, TE）中的作用。RNA二级结构在转录后调控过程中扮演重要角色，包括剪接、定位、稳定性和翻译。RNA结构的稳定性尤其在翻译起始位点附近对于促进翻译效率具有重要影响。然而，目前对整个mRNA结构与翻译效率的全局关系的理解仍然有限。本研究利用高通量RNA结构探测数据，系统研究了RNA结构在调控翻译效率中的作用。

研究方法：

本文采用了一种机器学习方法，具体流程包括：

1. 选择高TE组（前25%）和低TE组（后25%）的转录本。
2. 构建特征空间，包括序列特征和结构特征。序列特征包括核苷酸频率、密码子频率、氨基酸频率、GC含量、密码子重复率、氨基酸重复率、CDS长度和UTR长度。结构特征包括体内（in vivo）、体外（in vitro）和计算机模拟（in silico）的结构特征。
3. 进行100次随机分割，将数据分为训练集和测试集，对每次随机分割进行十倍交叉验证来调整超参数，并在测试集上评估模型性能。

主要结果：

1. mESCs中的3’ UTR结构：通过随机森林模型和弹性网络模型对小鼠胚胎干细胞（mESCs）的转录本进行建模，发现3’ UTR的结构信息对预测翻译效率最为重要。特别是3’ UTR在体内的结构对小鼠胚胎干细胞的翻译效率具有显著影响。高TE组的转录本在3’ UTR区域的结构更开放，而低TE组的转录本则更为紧密。

2. 体内和体外结构差异：在mESCs中，高TE组和低TE组在3’ UTR区域的体内和体外结构差异显著。高TE转录本在体内的3’ UTR结构更为开放，而在体外则较为紧密。

3. 斑马鱼中的3’ UTR结构：在斑马鱼胚胎中，3’ UTR结构对翻译效率也很重要，但其模式与mESCs不同。斑马鱼的高TE转录本在3’ UTR区域体内和体外的结构差异不如mESCs显著。

讨论：

RNA二级结构在翻译调控中扮演复杂的角色。本文的研究揭示了3’ UTR结构在翻译效率调控中的重要性，尤其是在小鼠胚胎干细胞中。这种结构差异可能通过RNA结合蛋白（RBPs）的结合来影响翻译效率。此外，本文发现体内和体外结构的差异在不同生物中表现不同，这可能与生物复杂程度及其调控机制有关。

结论：

本文系统分析了RNA序列和结构特征对mRNA翻译效率的影响。结果表明，3’ UTR在体内的结构是预测翻译效率的最重要结构特征，这一发现为未来研究提供了新的方向，揭示了RNA结构在翻译调控中的关键作用。

机器学习流程和代码：

文献详细描述了机器学习的流程，包括数据选择、特征构建、模型训练和评估。使用了随机森林和弹性网络模型，并进行了多次交叉验证和随机分割。代码和相关数据集可在以下链接中获取：

• MFAS
• Translation efficiency datasets

文献中提供了代码的链接和详细的实验步骤，便于读者复现和进一步研究。

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