剪切变异:一个被“遗忘”的研究热点

什么是可变剪切?

可变剪切(Alternative Splicing,AS)是指一个mRNA前体通过不同的剪切方式(选择不同的剪切位点组合)产生不同的mRNA剪切异构体的过程。可变剪切是调节基因表达和产生蛋白质组多样性的重要机制。

国内基金申请情况

可变剪切相关的基金项目往往多与其他热点结合,历年总的资助金额不到1亿。2019年而言,可变剪切相关的基金数的项目数为45个,资助金额不到2000万,相比于其他研究热点,如外泌体,非编码RNA、m6A和单细胞测序等研究方向,的确称不上研究热点。

为什么这个研究方向热不起来呢?

原因很简单,因为研究难度大。首先,从创新的角度来讲,剪切变异不属于表型上的“新”分子。例如,非编码RNA研究热点趋势从小RNA到长链非编码RNA再到如今火热的环状RNA。这种分子的创 “新”容易模仿,只需在基因检测时包含这些新分子即可。而剪切变异在于分子机制的“新”,往往聚焦在“明星”分子上。

其次,从研究的复杂程度上来讲,剪切变异就非常复杂了。不仅要验证剪切变异的类型(可变剪切可以分成6类,见下图),还需验证不同剪切变异体的功能。功能结果可分为以下4种。

  1. 不同剪切变异体,编码相同的蛋白,但UTR区不一样,对蛋白翻译的效率不一样。(我们做实验常常会发现有些mRNA表达量不变,但蛋白水平发生变化的基因。这可能是由于剪切变异引起的)
  2. 不同剪切变异体,编码不同蛋白,蛋白行使的功能相同。(纯属悲剧,换个基因)
  3. 不同剪切变异体,编码不同蛋白,蛋白行使的功能不同。(一般是某一剪切变异体获得或缺失某功能)
  4. 不同剪切变异体,编码不同蛋白,各自蛋白的功能完全相反。(例如,剪切变异起到开关作用,某一剪切变异体是抑制肿瘤作用,而另一个是促进肿瘤作用)

 

最后,从实验的技术难度上讲,可变剪切可能做不了RNAi干扰,因为有些情况下,不同剪切变异体之间只有几十个碱基的不同,或者互相覆盖,导致引物设计失败或失去特异性。这样只能先敲减基因的所有转录本,再构建不同转录本,一个一个过表达进细胞,依次探究其功能,试错成本极高。相比,非编码RNA、外泌体和m6A等研究方向,后续的功能实验可简单可复杂,适合不同层次的科研工作者。

可变剪切的生物信息学挖掘

虽然可变剪切不温不火,但本人比较看好这个被“遗忘”的研究热点。因为非编码RNA、外泌体和单细胞等这些热点,虽然目前容易发文章和申请课题,但随着发文量越来越多,新分子的”红利“逐渐消失,后续的实验成本势必增加。而可变剪切是机制型纵向研究,可以和任何热点方向结合,例如非编码RNA的可变剪切研究,单细胞测序后的可变剪切研究等。因此,可变剪切特别适合做生物信息学数据挖掘,只要是转录组数据都可以进行分析挖掘。通过检索pubmed,以TCGA肿瘤公共数据库和剪切变异为关键词,检索出101篇文献。而 2019年的发文量猛增到47篇,日益受到关注和重视。

 .

可变剪切的分析软件

可变剪切的分析软件可以根据结果分为两类,一类是以剪切变异位点为输出结果,二类是以基因的外显子变化为输出结果(该外显子变化通常是由于剪切变异所导致的速率变化)。

1.第一类的常用软件是rMATS和SGSeq+DEXSeq的组合。一般用rMATS即可。

rMATS剪切变异位点的结果展示

2.第二类的常用软件是DEXSeq,核心是DESeq2的算法。

DEXSeq的基因外显子变化的结果展示

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