癌症转录组转录本水平系统表征

一、研究背景

人类转录组中，同一个基因可通过可变剪接、可变多聚腺苷酸化等机制产生多个转录本异构体，极大扩展了基因组对蛋白质的编码存储容量。然而在转录本水平上对大规模癌细胞系转录组进行系统全面的分析仍长期缺失。

图1 癌细胞系转录组图谱：a.t-SNE聚类 b.各谱系转录本数量 c.转录本来源分类 d.谱系特异性 e-f.代表转录本

上海交通大学医学院胡威团队联合复旦大学等单位，利用CCLE项目中1017个癌细胞系RNA-seq数据（覆盖25个组织谱系），进行了基于参考基因组的转录本组装分析。研究共识别出498,255个转录本，其中约50.57%为未注释的新转录本，主要来源于蛋白质编码基因的可变剪接事件。78.64%的未注释转录本获得了FANTOM CAGE和Roadmap染色质状态数据的转录证据支持，与已注释转录本的86.62%覆盖率相当。

二、未注释转录本系统表征

图2 未注释转录本表征：a.类型组成 b.通读转录本统计 c.Hallmark通路关联 d.表达热图

未注释转录本中，48.21%为多位点剪切且至少含一个已知剪接位点，27.72%为完全包含已知外显子的新异构体，35.46%为通读转录本（readthrough transcripts）。与癌症标志性生物学过程的关联分析表明，上皮-间充质转化（EMT）与最多未注释转录本显著相关。研究通过3' RACE和Sanger测序实验验证了AC092803.3-u1等转录本的真实存在。

图3 AC092803.3-u1临床意义：f.表达水平对比 g.四种肿瘤生存分析

AC092803.3-u1在1017个癌细胞系中的表达水平显著高于其对应的已注释转录本AC092803.3-a1（P=2.6E-5），且在肾上腺皮质癌（ACC）、脑低级别胶质瘤（LGG）、肝细胞癌（LIHC）和卵巢浆液性囊腺癌（OV）中独立于已注释转录本表现出显著的生存预测价值。

三、RBP调控网络与药物敏感性

研究整合了RBP敲低RNA-seq（KD-RNA-seq）和增强交联免疫沉淀测序（eCLIP-seq）数据，构建了包含129个RBP与47,667个转录本的高置信度RBP-转录本调控网络。"剪接体"和"稳定性与降解"类RBP调控的转录本数量显著多于其他功能类别。53.85%的RBP在不超过68个癌细胞系中表现出必需性，提示可作为特定细胞类型的潜在靶点。

图4 RBP-转录本调控网络：a.129个RBP调控网络 b.各RBP调控转录本数量

在药物敏感性分析方面，研究识别出大量与266种抗癌药物敏感性高度相关的转录本。

图5 转录本-药物敏感性整合分析热图

研究进一步建立了RBP-转录本-药物作用轴。其中PTBP1蛋白通过调控KIAA1522-a6转录本影响癌细胞对地西他滨（decitabine）的敏感性，该结论已通过实验验证。团队还开发了用户友好的数据门户，为癌症转录组多样性和抗肿瘤药物发现提供了重要的开放资源。

图6 PTBP1-KIAA1522-a6-地西他滨RBP-转录本-药物轴验证

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