选择性剪接是转录后调控的最重要的机制之一,是RNA前体选择性拼接和连接的调节过程,可产生巨大的生物多样性。已有研究表明,超95%的人类基因受到选择性剪接的影响;包括肺癌在内的疾病的发生和进展中,也经常能够观察到异常剪接模式。此外,越来越多的证据显示,选择性剪接通过可遗传变异进行调节。特别地,通过识别剪切数量性状位点(sQTL),可帮助人们深入了解GWAS与许多性状或疾病关联的潜在机制,但sQTL在NSCLC进展中的作用目前尚不清楚。
近期,南京医科大学马红霞、沈洪兵团队在AJHG上发表了题为“Integrative splicing quantitative trait locus analysis reveals risk loci for non-small-cell lung cancer”的文章。研究团队利用116名中国血统个体的肺组织,进行全基因组基因型和基因剪接数据库的sQTL分析,系统地研究了影响选择性剪接的遗传变异。此外,通过使用剪接-转录组全关联研究(spTWAS),将sQTL整合到NSCLC GWAS数据集中,在19个基因中发现了与NSCLC风险显著相关的选择性剪接事件。综上,该研究提供了丰富的肺部sQTL资源,并深入了解了sQTL变异与非小细胞肺癌风险之间的分子机制。
文章发表在AJHG
研究团队首先招募了116名尚未接受化疗或放疗的中国血统NSCLC患者,采集其外周血样本进行了全基因组测序,并对上述患者的正常肺组织样本进行了RNA测序、剪接定量以及sQTL分析(图1)。结果显示,共发现123,274个选择性剪接内含子和8,001,957个遗传变异,并进一步鉴定出1385个携带sQTL的基因(sGene),其中包含378,210个显著的变异-内含子对。
为研究sQTL变异的基因组特征,研究团队计算了每个sQTL变异到相应剪接点(最近的剪接点)的距离。结果显示,sQTL变异聚集在剪接点周围:60%的sSNP位于剪接点的10kb范围内,此外57%的sSNP出现在发生相应剪接事件的基因内。
研究团队评估了南京肺癌队列(NJLCC)和基因型组织表达(GTEx)项目之间sQTL的共享程度,发现有73.9%的sGene在NJLCC与GTEx肺组织中出现重叠。NJLCC的sSNP分析结果显示,肺sQTL在转录活跃区域、遗传调控元件中显著富集,在异染色质标记的染色质抑制、多梳蛋白抑制和静止区域中相对较少。对携带表达数量性状位点(eQTL)的基因(eGene)与sGene进行重叠分析,观察到sQTL与eQTL之间差异较大,sQTL在NSCLC潜在风险位点显著富集,可能为NSCLC的病因学提供更多见解。
图1. sQTL的鉴定和表征、sQTL和eQTL的比较。
通过剪接-转录组全关联研究(spTWAS),研究团队将上述sQTL发现与先前发表的一项NSCLC GWAS相结合,该研究包括13,327名中国血统癌症患者和13,328名非癌症患者(图2)。结果显示,共鉴定出10,085个显著顺式遗传的内含子,并在19个基因中发现了23个选择性剪接事件,这些事件与NSCLC或组织学亚型风险显著相关。其中,8q23.1中内含子EIF3E的两个选择性剪接事件与肺腺癌风险显著相关。此外,8q23.1中的潜在选择性剪接事件发生在EIF3E的四个转录本中(EIF3E-001、EIF3E-002、EIF3E-009、EIF3E-011);sQTL变异rs677031-G等位基因与正常肺组织中EIF3E的减少相关。
接下来,研究团队对NJLCC队列中的EIF3E和rs677031-G进行了分析,发现EIF3E与NJLCC肺中EIF3E-011表达增加相关;rs677031-G与NJLCC肺中EIF3E-011表达减少相关。上述结果表明,EIF3E剪接改变了EIF3E-011的表达,但不改变EIF3E的总表达。
图2. EIF3E处的spTWAS关联表明目标基因与总表达的遗传效应无关。
研究团队在上述19个基因中挑选了一个sQTL变异rs35861926进行分析,由于染色体13q32.2(FARP1)中的易感位点显示出共定位证据,因此选择该位点对rs35861926进行功能验证,以确认其生物学机制。FARP1是一种Rac鸟嘌呤核苷酸交换因子,在人肺腺癌EpCam阳性细胞中上调。分析结果显示,rs35861926的T等位基因促进了FARP1基因20号外显子的选择性剪接,并降低了内含子FARP1和长转录本FARP1-011的表达水平。
图3. rs35861926-T促进肺腺癌中FARP120号外显子选择性剪接。
为剖析FARP1两个转录本之间的潜在功能作用,研究团队在NSCLC细胞系A549、PC9中过表达了长转录本(FARP1-011)和短转录本(FARP1-001)(图4)。结果显示,长转录本FARP1-011组中A549和PC9细胞的细胞活力和集落形成能力较强。进一步分析结果表明,长转录本FARP1-011可促进肺腺癌细胞的转移和增殖。
图4. FARP1长转录本可促进肺腺癌细胞增殖和迁移。
综上所述,研究团队进行了一项全基因组sQTL研究,以鉴定116名中国血统个体肺组织中影响选择性剪接的遗传变异,共发现1,385个sGene和378,210个显著的变异-内含子对。该研究彻底表征了sQTL,其在很大程度上独立于eQTL,通常富集于遗传调控元件、剪接因子结合位点。总而言之,该研究提供了肺sQTL的综合分析结果,并提示在GWAS后的功能分析中可以更广泛地考虑选择性剪接分析。此外,spTWAS分析与功能实验相结合,也为NSCLC风险位点的分子机制提供了更多见解。
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