Discovery of regulatory motifs in 5′ untranslated regions using interpretable multi-task learning models

翻译(生物学) 计算生物学 非翻译区 序列母题 五素未翻译区 人工智能 序列(生物学) 生物 调节顺序 计算机科学 遗传学 基因表达调控 基因 信使核糖核酸
作者
Weizhong Zheng,John H.C. Fong,Yuk Kei Wan,Athena H. Y. Chu,Yuanhua Huang,Alan S.L. Wong,Joshua W. K. Ho
出处
期刊:Cell systems [Elsevier]
卷期号:14 (12): 1103-1112.e6 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.cels.2023.10.011
摘要

Summary

The sequence in the 5′ untranslated regions (UTRs) is known to affect mRNA translation rates. However, the underlying regulatory grammar remains elusive. Here, we propose MTtrans, a multi-task translation rate predictor capable of learning common sequence patterns from datasets across various experimental techniques. The core premise is that common motifs are more likely to be genuinely involved in translation control. MTtrans outperforms existing methods in both accuracy and the ability to capture transferable motifs across species, highlighting its strength in identifying evolutionarily conserved sequence motifs. Our independent fluorescence-activated cell sorting coupled with deep sequencing (FACS-seq) experiment validates the impact of most motifs identified by MTtrans. Additionally, we introduce "GRU-rewiring," a technique to interpret the hidden states of the recurrent units. Gated recurrent unit (GRU)-rewiring allows us to identify regulatory element-enriched positions and examine the local effects of 5′ UTR mutations. MTtrans is a powerful tool for deciphering the translation regulatory motifs.

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