核酸研究。2003年7月1日；31(13): 3605–3607.
Dragon ERE Finder版本2：脊椎动物基因组中雌激素反应元件的准确检测和分析工具
安德斯·斯特罗姆
新加坡信息通信研究所知识提取实验室，邮编：1196131瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所生物技术中心2瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所医学营养部三新加坡基因组研究所，新加坡117528
扬·奥克·古斯塔夫松
新加坡信息通信研究所知识提取实验室，邮编：1196131瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所生物技术中心2瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所医学营养部三新加坡基因组研究所，新加坡117528
林进友
新加坡信息通信研究所知识提取实验室1196131瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所生物技术中心2瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所医学营养部三新加坡基因组研究所，新加坡117528
爱迪生·T·刘
新加坡信息通信研究所知识提取实验室，邮编：1196131瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所生物技术中心2瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所医学营养部三新加坡基因组研究所，新加坡117528
新加坡信息通信研究所知识提取实验室，邮编：1196131瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所生物技术中心2瑞典哈丁格S-141 57 Novum卡罗林斯卡研究所医学营养部三新加坡基因组研究所，新加坡117528
收稿日期：2003年2月2日；2003年3月18日修订；2003年3月18日接受。
- 补充资料
【补充资料】
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GUID:AFA69CB1-4190-413D-8B22-0FCED3AD59A2
摘要
我们提出了一个独特的程序，用于鉴定基因组DNA和相关分析中的雌激素反应元件（ERE）。该检测算法在几个大型数据集上进行了测试，并在13000nt内进行了一次预测，同时实现了83%的灵敏度。用户可以根据TRANSFAC数据库进一步调查已识别ERE模式周围的选定区域，以寻找转录因子结合位点。也可以在EPD注释的启动子中搜索与已识别的ERE及其侧翼区域匹配的候选人类基因。此外，用户可以在约11000个人类基因的扩展启动子区域中搜索那些与已识别的ERE模式高度相似的基因。Dragon ERE Finder第2版免费提供给学术和非营利用户(http://sdmc.lit.org.sg/ERE-V2/index网站).
简介
雌激素除了作为女性性激素的公认作用外，还参与调节男性和女性各种组织中的细胞增殖和分化(1–三). 雌激素受体（ERs）通过在名为雌激素反应元件（EREstrogen response elements）的位点与靶基因启动子结合来调节激素功能(4). 雌激素的信号通路目前仍在争论中(5,6). 雌激素反应至少有四种可能机制：
雌激素激活的雌激素受体直接与雌激素受体结合并诱导基因表达改变的经典途径。
雌激素受体被生长因子激活但仍直接与雌激素受体结合的激素非依赖性途径。
活化的内质网通过与Jun和Fos等其他转录因子的相互作用，间接与非ERE位点（AP-1和Sp-1位点）结合。
导致快速组织反应而不涉及基因表达的细胞膜信号通路。
Dragon ERE Finder专注于用于第一和第二机制的ERE以及ER靶基因的特定亚群。ERE的一致序列由三个核苷酸干预的回文半位点组成(7). 然而，迄今为止确定的所有其他ERE与共识存在一个或多个基本偏差(8,9). 此外，两个半位点之间的间隔长度以及直接侧翼二核苷酸序列在确定ER结合和激素诱导方面也很重要(8,10–12). 识别和表征雌激素调节基因的转录机制对于理解激素的多种功能至关重要。因此，至关重要的是要有一个计算工具，能够精确定位匿名DNA中的候选ERE模式，并帮助识别受直接ER结合到其启动子调控的基因。用于此目的的工具应具有检测假定功能性ERE模式的高灵敏度，但同时，它们不应作出过多预测，以致无法解释结果。我们开发了符合上述标准的Dragon ERE Finder（DEREF）程序，现在可以在网上免费获得(http://sdmc.lit.org.sg/ERE-V2/index网站)面向学术和非盈利用户。网站上提供了实现的识别算法的详细信息。
程序说明
该程序使用概率模型检测ERE模式。该模型在程序的网页上进行了描述。它的门户允许用户通过将序列粘贴到输入框或从文件中读取序列，以FASTA、GenBank、EMBL、IG、GCG或纯格式输入序列。该程序的当前版本2.0使用与版本1.0相同的算法检测ERE模式。然而，这些程序版本的报告文件和目标是不同的。版本1.0(http://sdmc.lit.org.sg/ERE/)适用于在一个会话中分析高达10万nt（核苷酸）的长DNA序列，但只分析查询序列的前链。其示例报告文件如补充资料所示（图S1）。程序版本2(http://sdmc.lit.org.sg/ERE-V2/index网站)主要目的是对识别的ERE模式进行更详细的交互分析，尽管可以从同一窗口以非交互模式运行它（参见图S2中的示例报告文件）。我们在这里描述2.0版本的使用。当沿着DNA序列检测到图案时，将显示包含以下信息的页面：
图案在DNA上的位置；
已识别ERE模式的实际核苷酸组成；
已识别模式的性质（即它是否属于用于训练的已知模式，或者是未用于训练的新ERE模式）。
图S3显示了一个示例报告页面。
用户可以围绕确定的ERE模式对选定区域进行进一步分析。在下一页的图S4中，用户面临几个选项。首先，使用集成的BLAST程序(13)，用户可以搜索已识别的ERE模式（长度为17 nt）与EPD启动子序列两侧20 nt的匹配(14). 图S5中显示了示例报告页面，其中突出显示了标识的ERE模式，以便于检查BLAST匹配的质量。EPD数据库中的序列覆盖了相对于转录起始位点（TSS）的近端启动子区域[-500，+100]。类似地，用于匹配EPD数据的相同57nt序列可以使用BLAST与大约11000个人类启动子进行匹配，该启动子覆盖相对于基因起始的[-3000，+1000]区域，如FIE2程序所定义(http://sdmc.lit.org.sg/FIE2.0) (15). BLAST分析结果以突出显示的识别ERE模式显示（示例报告页面如图S6所示）。最后，用户可以围绕已识别的ERE模式选择一个区域，并通过MATCH程序对该序列进行分析(16)使用TRANSFAC数据库版本6.1(16). 通过附加所有相关信息的图形显示向用户显示用MATCH在所选区域发现的转录因子结合位点（TFBS）。这可以帮助用户识别ERE站点附近的潜在重要TFBS（示例报告页面如图S7所示）。
用户必须注意以下几点：（i）如果查询序列短于17nt，程序将不会进行预测；和（ii）如果您处于交互模式，并根据EPD或内部人类启动子数据库请求发现模式的BLAST，而提交给BLAST的序列短于57 nt，则不会产生任何结果。这是因为内部BLAST操作基于基本ERE基序（17 nt），两侧各20 nt。
有效使用程序的建议
如果只想精确定位DNA长片段中假定ERE模式的位置，则建议使用DEREF v.2.0的非交互模式，因为其输出格式简单。长度超过10万nt的序列需要分段。建议灵敏度为0.83，但用户可以更改以满足所需要求。该程序的网页上显示了与预期预测频率相关的敏感度数据，网址为http://sdmc.lit.org.sg/ERE-V2/DERE2_test.htm.
此外，如果用户有兴趣找到由与启动子直接结合的ER控制的基因，他们可以使用Dragon Promoter Finder程序（17-19，http://sdmc.lit.org.sg/promotor网站/)，以查明潜在的TSS，然后在这些启动子中定位对ERE的搜索。由于ERE模式相对于TSS可能在[−3000，1000]的范围内，因此建议使用相对于找到的TSS覆盖[−5000，+3000]的区域进行ERE搜索。
然而，如果兴趣是探索特定基因，那么DEREF 2.0版的交互模式更适合。这将为用户提供通过分析假定ERE模式的紧邻区域来寻找可能与ER相互作用的候选转录因子的选项。如果所检测的序列是人类起源的，则包含约11000个高质量人类基因启动子的内部数据库允许搜索其中的候选同源基因，或搜索那些具有发现的ERE模式及其紧密邻域高度保存的基因。因此，有可能找到其他基因，它们很有可能成为受启动子区直接内质网结合控制的基因网络的一部分。
如果在查询序列中，系统没有报告ERE模式，用户可以增加灵敏度（允许范围为0.7-1.0）并重复分析。相反，如果检测到的ERE模式似乎是假阳性预测，则用户可以降低灵敏度水平。灵敏度的降低应能减少潜在假阳性的数量。
功能位点的准确性和预测
程序性能显示在http://sdmc.lit.org.sg/ERE-V2/DERE2_test.htm它是通过对几个不同数据集的分析得到的。该页还解释了如何获得测试序列和结果以及主要发现。总之，在83%的灵敏度下，该程序基于对整个人类21号染色体的分析，每13300 nt进行一次预测。21号染色体的G+C含量为41%，低于人类基因组的平均G+C浓度。通过基因阵列实验获得的雌激素反应基因与非反应基因启动子区的ERE模式预测值高2.8倍。虽然我们不能假设系统检测到的每个新ERE模式都是有效的，但我们已经确认Dragon ERE Finder能够检测到新的有效ERE模式。系统正确检测到最近表征的功能性ERE(20)在默认灵敏度设置下，在人和小鼠脂质运载蛋白2基因中。此外，该系统检测ERE基序（p17d1，p17daTA，p17d2），实验显示ERα和ERβ的结合(9,21). 前两个图案以默认灵敏度检测，而第三个图案以0.87的灵敏度检测。p17d2 ERE基序在COS-1和HepG2转染细胞中具有功能(21).
参考文献
1Grumbach M.M.（2000）《雌激素、骨骼、生长和性：传统观念的巨大改变》。《儿科杂志》。内分泌。代谢产物。,13（补充6）, 1439–1455. [公共医学][谷歌学者] 2Rochira V.、Balestrieri，A.、Faustini-Fustini，M.和Carani，C.（2001）雌激素对男性骨骼的作用：先天性雌激素缺乏自然模型的见解。分子细胞。内分泌。,178, 215–220. [公共医学][谷歌学者] 三。Nilsson S.、MäkeläS.、Treuter E.、Tujague M.、Thomsen J.、Andersson G.、Enmark E.、Pettersson K.、Warner M.和Gustafsson J.á。（2001）雌激素作用机制。物理学。版次。,81, 1535–1565. [公共医学][谷歌学者] 4尼尔森S.和古斯塔夫森J.奥利。（2000）雌激素受体转录和反式激活：雌激素作用的基本方面。乳腺癌研究。,2, 360–366.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 5Sanchez R.、Nguyen，D.、Rocha，W.、White，J.H.和Mader，S.（2002）雌激素受体基因调节机制的多样性。生物论文,24, 244–254. [公共医学][谷歌学者] 6Diel P.（2002）组织特异性雌激素反应和分子机制。毒物。莱特。,127, 217–224. [公共医学][谷歌学者] 7Klein-Hitpass L.，Schorpp，M.，Wagner，U.和Ryffel，G.U.（1986）一种来源于爪蟾卵黄蛋白原A2基因5′侧翼区域的雌激素反应元件在转染的人类细胞中发挥作用。单元格,46, 1053–1061. [公共医学][谷歌学者] 8Klinge C.M.（2001）雌激素受体与雌激素反应元件的相互作用。核酸研究。,29, 2905–2919.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 9Driscoll M.D.、Sathya G.、Muyan M.、Klinge C.M.、Hilf R.和Bambara R.A.（1998）雌激素受体与雌激素反应元件结合的序列要求。生物学杂志。化学。,273，29321–29330。[公共医学][谷歌学者] 10Kraus R.J.、Ariazi，E.A.、Farrell，M.L.和Mertz，J.E.（2002）雌激素相关受体α1积极对抗MCF-7乳腺细胞中雌激素受体调节的转录。生物学杂志。化学。,277, 24826–24834. [公共医学][谷歌学者] 11Klinge C.M.、Jernigan，S.C.、Smith，S.L.、Tyulmenkov，V.V.和Kulakosky，P.C.（2001）雌激素反应元件序列影响雌激素受体α的构象和转录活性。分子细胞。内分泌。,174, 151–166. [公共医学][谷歌学者] 12Wood J.R.、Likhite，V.S.、Loven，M.A.和Nardulli，A.M.（2001）不同雌激素反应元件对雌激素受体构象的变构调节。分子内分泌。,15, 1114–1126. [公共医学][谷歌学者] 13Altschul S.F.、Madden，T.L.、Schaffer，A.A.、Zhang，J.、Zhan、Miller，W.和Lipman，D.J.（1997）Gapped BLAST和PSI-BLAST：新一代蛋白质数据库搜索程序。核酸研究。,25, 3389–3402.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 14Praz V.、Perier，R.、Bonnard，C.和Bucher，P.（2002）真核启动子数据库，EPD：新的条目类型和基因表达数据链接。核酸研究。,30，322–324。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 15Chong A.，Zhang，G.和Bajic，V.B.（2002）人类基因5′端和翻译起始位点周围的信息和序列提取。硅生物学,2, 461–465. [公共医学][谷歌学者] 16Matys V.、Fricke E.、Geffers R.、Gossling E.、Haubrock M.、Hehl R.、Hornischer K.、Karas D.、Kel A.E.、Kel-Margoulis O.V.、。，等.（2003）TRANSFAC：从模式到剖面的转录调控。核酸研究。,31, 374–378.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 17Bajic V.B.、Seah，S.H.、Chong，A.、Zhang，G.、Koh，J.L.Y.和Brusic，V.（2002）Dragon Promoter Finder:脊椎动物RNA聚合酶II启动子的识别。生物信息学,18, 198–199. [公共医学][谷歌学者] 18Bajic V.B.、Chong，A.、Seah，S.H.和Brusic，V.（2002）脊椎动物启动子识别智能系统。IEEE智能系统杂志,17, 64–70.[谷歌学者] 19Bajic V.B.、Seah，S.H.、Chong，A.、Krishnan，S.P.T.、Koh，J.L.Y.和Brusic，V.（2003）脊椎动物聚合酶II启动子功能转录起始位点识别的计算机模型。J.摩尔图。模型。,21, 323–332. [公共医学][谷歌学者] 20Seth P.、Porter D.、Lahti-Dominic J.、Geng。Y.，Richardson，A.和Polyak，K.（2002）正常人类乳腺组织中雌激素的细胞和分子靶点。癌症研究。,62, 4540–4544. [公共医学][谷歌学者] 21Yi P.、Driscoll，M.D.、Huang，J.、Bhagat，S.、Hilf，R.、Bambara，R.A.和Muyan，M.（2002年）雌激素反应元件和配体诱导的结构变化对辅因子招募和ERα和ERβ转录反应的影响。分子内分泌。,16, 674–693. [公共医学][谷歌学者] 
