RNA-editing: an evolutionary perspective through bioinformatics and machine learning.

Abstract

[eng] RNA-editing is a post-transcriptional modification of the sequence of an RNA molecule at the level of particular nucleotides, in contrast to the more widely known and studied process of splicing which acts by removing larger regions of the sequence. Adenosine to inosine (A-to-I) editing by the ADAR (Adenosine deaminase acting on RNA) family of proteins is the most prominent type of RNA-editing in metazoans, with a wide range of biological consequences, including notable functions related to the immune and nervous systems. While it is known that the secondary structure of the RNA plays an important role in the decision to edit a particular adenosine, a deep understanding of ADAR’s targeting mechanism is still elusive. Differences in the regulation of RNA-editing between mammals and birds poses questions about the evolutionary relevance of this mechanism. In this thesis I attempt to tackle the technical difficulties of RNA-editing detection with the intention of studying the process from an evolutionary perspective, while also advancing the knowledge of ADAR’s targeting mechanism. To achieve this, I developed various novel bioinformatics methods and tools, including orthology-based and machine-learning based approaches, with the highlight being a method we call cross-testing which we propose to study the functional conservation of ADAR’s targeting mechanism in silico, beyond the sequence conservation of the functional domains of the proteins.

[cat] L’edició d’ARN és la modificació post-transcripcional de la seqüència d’una molècula d’ARN a nivell de nucleòtids concrets, a diferència del millor conegut i estudiat empalmament que actua eliminant regions més grans de la seqüència. L’edició d’adenosina a inosina (A-to-I) per les proteïnes de la família ADAR (Adenosine deaminase acting on RNA, Deaminassa d’adenosines que actua en ARN) és el tipus d’edició d’ARN més prevalent als metazous, amb un ampli ventall de conseqüències biològiques, incloent importants funcions relacionades amb els sistemes immune i nerviós. Tot i que se sap que l’estructura secundària de l’ARN té un paper important en la decisió d’editar una adenosina en particular, el coneixement en detall del funcionament del mecanisme de selecció d’objectiu d’ADAR segueix evadint-nos. Les diferencies en la regulació de l’edició d’ARN entre mamífers i aus planteja preguntes sobre la rellevància evolutiva d’aquest mecanisme. En aquesta tesi, faig l’intent d’abordar les dificultats tècniques de la detecció de l’edició d’ARN amb la intenció d’estudiar aquest procés des d’una perspectiva evolutiva i alhora avançar en el coneixement del mecanisme de selecció d’objectius d’ADAR- Per aconseguir-ho, he desenvolupat un conjunt de noves eines i mètodes bioinformàtiques, incloent aproximacions basades en ortologia i en machine-learning, destacant un mètode que anomenem tests creuats que proposem per estudiar la conservació funcional del mecanisme de selecció d’objectiu d’ADAR in silico, més enllà de la conservació de la seqüència dels dominis funcionals de les proteïnes.