肿瘤可变剪切相关概念

基础概念

RNA可变剪接（alternative splicing）是真核细胞调控蛋白表达的一个重要机制，指转录形成的前体mRNA通过去除内含子、保留外显子形成成熟mRNA的过程，这个过程使得同一基因能够编码产生多种转录本。

类型

可变剪接的形式复杂多样，根据不同的计算方法，主要有以下几类：

ES（Exon skipping，外显子跳跃）指一个外显子从初始转录物上被剪切掉。如图A所示，基因发生可变剪接形成两种不同的转录本， 第1种转录本比第2种转录组本多一个外显子，我们将这种外显子称为inclusive exon，inclusive exon两侧的两个外显子称为constitutive exon。

A3SS（alternative 3′ splice site，可变的3’端）：基因发生可变剪接形成两种不同的转录本，它们的3'端剪接位点一致但5'端剪接位点不同， 第二种转录本的5'端外显子有所延长。

A5SS（alternative 5′ splice site，可变的3’端）：基因发生可变剪接形成两种不同的转录本，它们的5'端剪接位点一致但3'端剪接位点不同， 第二种转录本的3'端外显子有所延长。

RI（Retained intron，内含子保留）：基因发生可变剪接形成两种不同的转录本， 第2种转录本由retained Intron与两侧的外显子一起形成新的外显子。

ME（Mutually exclusive exons，互斥外显子）：基因发生可变剪接形成两种不同的转录本，两转录本之间相同的外显子称为constitutive exon， 不同的外显子称为inclusive exon，两个inclusive exon不能同时存在与同一转录本中， 只能分别存在于不同转录本中。 这样的可变剪接事件称为Mutually Exclusive Exon。

AP（Alternate promoter，可变启动子）：基因的两个转录本的区别在于第一个外显子不同，这样的可变剪接事件称为Alternative First Exon。

AT（Alternate terminator，可变终止子）：基因的两个转录本的不同之处于最后一个外显子不同，这样的可变剪接事件称为Alternative last exon。

生物学意义

可变剪切是维持蛋白质多样性的主要机制。在不同组织或者发育的不同阶段，可变剪切不是一成不变的，在特定的组织或者条件下，会产生特定的剪切异构体（isoform），这说明不同异构体具有特定的时间与空间作用，从而将可变剪切与正常的生命活动和疾病相关联。有大量的研究发现，可变剪切的变化与癌症等多种疾病相关，所以研究可变剪切在不同组织中的作用是非常有意义的。

识别可变剪切

基本原理：根据基因的某个转录本与其组成型转录本（可以理解为最长转录本）之间的比较，可对不同的基因的不同转录转本进行分类。

Spliceseq是MDAnderson cancer center开发的，基于java探究高通量RNA-seq数据可变性剪切模式的软件。SplAdder是基于python或matlab软件。

• SplAdder软件得到5种可变剪切类型：外显子跳跃（exonskip）；内含子保留（intron retention）；可变3’剪切位点（alternative 3’ site）；可变5’剪切位点（alternative 5’ site）；互斥外显子（mutual exclusive exons）。

• Spliceseq软件得到7种可变剪切类型：在5分类的基础上还包括可变供体位点和可变受体位点。

可变剪切拼接图谱

很多方法识别可变剪切均是基于剪切图谱（splice graph）。剪切图谱的构建，可参考以下模式图：转录本1-4分别是基因x的4个不同的转录版本，将他们进行取并集的形式，构建囊括所有转录本结构的统一体，即针对gene x创建了单个基因的剪切图谱。

PSI

PSI（percent spliced in)指剪切百分比，它是可以量化可变剪切的指标，可以实现某个外显子是否纳入转录本定量，从而用于单个样本或组间多个样本的比较。其计算公式可总结成如下：

研究应用

肿瘤标志物：人类高达95%以上的基因能够进行变剪接，，可变剪接有可能作为肿瘤学中新的生物标志物。
药物靶点：为药物的开发提供大量新靶点，这对于改善癌症患者预后和减少癌症异质性来说是必要的。
肿瘤耐药：可变剪接在肿瘤耐药性方面也有重要的研究意义，例如大部分针对BRAF突变的靶向药物出现抗药反应的病人，都会表达一个缺少4号到8号外显子（这段序列恰恰包含RAS的结合区）的BRAF剪接异构体。
转录本降解：可变剪接还可以通过NBD机制（nonsense－mediated degradation）介导转录本的降解，这种机制通常与发生在剪接位点上的体细胞突变导致肿瘤抑制基因发生了内含子保留有关。

参考文章
『珍藏版』Nat Rev Immunology | mRNA 可变剪接开启肿瘤免疫治疗新篇章
肿瘤中的可变剪接事件 - 知乎 (zhihu.com)
生物信息学中的可变剪切，这些内容你了解吗？
可变剪接
使用SGSeq探索可变剪切 | 生信菜鸟团