东京医科牙科大学 (TMDU) 的研究人员利用长读 RNA 测序来解码遗传复杂性和疾病联系。
选择性剪接是一种通过包含或排除基因序列的某些片段而产生多种不同蛋白质的过程，已知这种过程发生在 90% 以上的人类基因中。这导致产生许多转录异构体(表达基因的剪接变体)，这些异构体对蛋白质功能和细胞过程至关重要。尽管之前对选择性剪接的潜在机制和影响剪接的遗传变异进行了研究，但了解异构体的完整多样性一直具有挑战性。
在 2024 年 5 月 28 日发表在《自然通讯》上的一项研究中，日本东京医科牙科大学 (TMDU) 的研究人员揭示了有关可变剪接及其与复杂疾病(尤其是免疫介导疾病)的关联的重大新见解。这项研究突出了传统短读测序方法在捕获异构体多样性全谱方面的局限性，强调了长读测序技术的革命性潜力。
该研究采用长读 RNA 测序 (RNA-seq)，一种可以确定 RNA 分子长区碱基序列的技术，来绘制健康个体 29 个免疫细胞亚群中的 RNA 转录本。与广泛使用的短读测序技术相比，长读测序技术可以提高映射准确性、基因组组装和结构变异检测。这种方法可以识别新的异构体、了解细胞类型特异性剪接模式，并探索重复 DNA 序列在异构体多样性中的作用。它涉及对纯化的免疫细胞亚群中的转录异构体的全面表征，然后用额外的外周血单核细胞 (PBMC) 进行验证。研究人员将这些信息汇编成一个数据库，他们将其命名为 TRAILS。简而言之，TRAILS 是一个包含人类免疫细胞中表达基因全长结构的数据库。
该研究的一项重要发现是鉴定出大量通读转录本，例如与阿尔茨海默病相关的 TOMM40-APOE 基因座上的一种新型异构体。这凸显了这些研究不足的异构体在疾病遗传学中的重要性。此外，该研究还揭示了细胞类型特异性剪接模式及其对基因功能的影响，特别是通过 3'-UTR 区域，以及转录本特征与翻译效率之间的关系。
此外，研究人员利用 TRAILS 对配对的 RNA 测序和基因型数据进行了综合分析，并鉴定出多个与罹患免疫相关疾病风险相关的转录本。TRAILS 鉴定出的疾病相关转录本数量比广泛使用的公共图谱 GENCODE 多，表明 TRAILS 专门针对免疫细胞的实用性。
该研究的主要作者 Yuta Kochi 教授解释说：“我们利用综合遗传分析来识别与特定疾病相关的异构体。这些与疾病相关的转录本包括以前未知的转录本，结合我们广泛数据库中的详细转录本信息，我们能够推断出该疾病的机制。”
第一作者 Jun Inamo 博士强调：“这些发现促进了我们对可变剪接和疾病遗传学之间关联的理解。通过发现以前未知的异构体并探索它们在疾病途径中的含义，我们的研究可以为针对复杂疾病的更有针对性和更有效的干预措施铺平道路。”
这项研究是基因组研究的一个重要里程碑，强调了了解可变剪接对于揭示人类遗传学复杂性的重要性。它促进了我们对免疫系统复杂性和疾病机制的理解，并提供了对人类基因组进化和免疫系统功能的洞察。通过将基因组数据与功能分析联系起来，TRAILS 有助于我们了解免疫介导疾病和其他疾病(如阿尔茨海默病)的病理学。
因此，这项研究的发现有可能彻底改变基因组领域，为未来改进诊断和治疗策略带来希望。