Modeling the combined effect of RNA-binding proteins and micrornas in post-transcriptional regulation

Abstract

Transkripsiyon-sonrası kontrol (TSK), gen ifadesinin transkripsiyon ile translasyon arasındaki adımlarını kontrol eder. Bu adımların kontrolü RNA'ya bağlanan protein (RBP) ve mikroRNA'ların (miRNA) mesajcı RNA'lardaki (mRNA) hedef noktalarına bağlanmaları sayesinde gerçekleştirilir. Şu ana kadar yapılan çalışmaların büyük çoğunluğunda tek bir RBP ya da tek bir miRNA aynı mRNA'ya bağlanan diğer faktörlerden bağımsız olarak incelenmiştir. Ancak, son çalışmalar RBP ve miRNA'ların birbirleriyle işbirliği ya da rekabet ilişkileri içerisinde olduklarını göstermiştir. Bu tezde, son gelişmelere paralel olarak insan 3'UTR'ları üzerindeki hem RBP, hem de miRNA bağlanma noktalarını belirledik. İlk olarak, üzerinde çalışılmış RBP'lerin deneysel yöntemlerle bulunan bağlanma noktaları ile işlemsel yöntemlerle tahmin edilmiş bağlanma noktalarını RNA'nın ikincil yapısı ve evrimsel korunum bakımından farklı olduğunu gösterdik. Daha sonra, HuR adlı RBP için var olan susturulma sonrası mRNA ifade değişimi verilerini kullanarak diğer faktörlerin HuR'la olan rekabetçi ilişkilerini araştırdık. Ayrıca, iki faktörün (RBP ya da miRNA) bağlanma noktalarının beraber görülme sıklığını hesaplayarak potansiyel işbirliği ilişkilerini inceledik. Bu analiz sonucunda PUM1 ve PUM2 RBP'lerinin miRNA'larla işbirliği içerisinde olduğunu gözlemledik. Son olarak, faktör bağlanma sayıları ve dinükleotid frekansı gibi öznitelikleri bağlanım modeliyle kullanarak gen ifadesi ve stabilitesini yüksek bir doğruluk payıyla tahmin ettik. Elde ettiğimiz sonuçlar transkripsiyon-sonrası kontrol ile ilgili mekanizmaları daha iyi anlamak için RBP'lerin, miRNA'ların ve ayrıca aralarındaki ilişkilerin de göz önünde bulundurulması gerektiğine işaret etmektedir.

Post-transcriptional regulation (PTR) controls the gene expression between transcription and translation. Regulation at this level is carried out by the interactions of trans-acting RNA-binding proteins (RBPs) and microRNAs (miRNAs) with cis-regulatory elements in mRNA. Majority of previous work have focused on the effect of a single factor independent of other co-factors bound to the same mRNA. However, recent studies have shown that RBPs and miRNAs can act in cooperation or competition with each other. In this thesis, we mapped the binding sites of both RBPs and miRNAs on human 3'UTRs, and utilized this collection of binding sites to better understand PTR networks. We first focused on several RBPs and assessed how accessibility and conservation differ between experimentally supported sites and other sites that are only computationally predicted. We then investigated the competitive effects of other factors on HuR binding and the resulting transcript abundance change upon HuR depletion. Next, we characterized the potential interactions between the factors by finding those pairs of factors with co-occurrence of motifs higher than expected by chance. Our results show that PUM1 and PUM2 have potential cooperative interactions with miRNAs. Finally, we used logistic regression with features compiled from the counts of sites of factors and dinucleotide frequency to accurately predict the stability and steady-state abundance of mRNAs. Altogether, results of this thesis suggest that studies of PTR must consider the effect of both RBPs and miRNAs, and their interactions.