新技術闡明了異常RNA剪接導致疾病

在威爾康奈爾醫學、紐約基因組中心和多倫多瑪格麗特公主癌癥中心的研究人員領導的一項研究中，一項使科學家能夠記錄單個細胞中基因突變和基因活動模式的技術已經擴展到RNA剪接。更好地了解這一過程中的畸變如何影響細胞的發育和行為，對于理解癌癥和其他疾病至關重要。

RNA剪接是指對活性基因的RNA轉錄本進行剪切和重組。RNA剪接是細胞中的一個基本過程，是在大多數基因的轉錄本上完成的，對于任何給定的基因，都可以產生幾種不同的蛋白質，這些蛋白質至少具有細微的功能差異。在8月14日發表在《Cell Stem Cell》雜志上的這項研究中，研究人員修改了他們自己的一種細胞分析方法，使其也能以“高通量”的方式產生RNA剪接的信息，從而使其對組織樣本的詳細分析變得實用。

研究小組利用這種新方法揭示了控制RNA剪接的基因突變是如何導致一種稱為骨髓增生異常綜合征(MDS)的血癌的。

“改變RNA剪接過程的突變是許多癌癥和其他疾病的基礎，”該研究的通訊作者Dan Landau博士說，他是威爾康奈爾醫學院血液學和腫瘤醫學部門的醫學副教授，紐約基因組中心的核心教職員工，也是紐約長老會/威爾康奈爾醫學中心的腫瘤學家。“這項工作使我們能夠以前所未有的詳細程度追蹤這些變化的影響?！?/span>

該研究的共同**作者是博士后研究員Mariela博士Cortés-López，生物信息學專家Paulina Chamely和博士后研究員Allegra Hawkins博士。

Landau博士和他的實驗室研究癌癥的起源和進化，以及可能導致癌癥的惡性前狀態。為了促進他們的研究，他們一直在開發新的“單細胞多組學”技術，這種技術可以分析單個細胞中的多層信息。單細胞技術避免了分析大量細胞混合物的傳統方法的局限性。

2019年，Landau博士及其同事開發了一種稱為轉錄組基因分型(GoT)的技術，**實現了對單個細胞中基因突變和基因表達模式的高通量分析。在這項新研究中，研究小組修改了用于GoT的RNA測序方法，以便RNA剪接信息也可以從中得到。研究人員還整合了一種單獨的方法，用于檢測單個細胞上的蛋白質表面標記物。由此產生的“GoT- splice”技術可以記錄來自單個細胞的四層不同的信息。

研究人員通過使用GoT-Splice來研究一種MDS的形式，證明了它的潛力，在這種MDS中，患者的骨髓細胞通常含有SF3B1的突變，SF3B1是一種在RNA剪接過程中起核心作用的基因。這種MDS患者的功能性紅細胞水平較低，骨髓中存在大量未成熟紅細胞，具有特征性異常。

利用GoT-Splice，研究小組分析了數以萬計的患者細胞，詳細描述了參與細胞存活、細胞成熟和其他關鍵過程的基因中的異常RNA剪接事件，并展示了這些影響在不同亞型的未成熟血細胞中是如何變化的。這些發現闡明了SF3B1突變(發生在干細胞樣骨髓細胞中)如何使成熟過程向紅細胞而非白細胞傾斜，導致MDS中未成熟紅細胞的特征性異常，并允許含有突變的細胞增殖并存活更長時間。

“GoT-Splice使我們**次將SF3B1突變與MDS患者未成熟紅細胞中觀察到的特定變化直接聯系起來，”研究期間朗道實驗室的博士后研究員Federico Gaiti博士說。

研究人員發現，正常RNA剪接被SF3B1突變破壞的基因之一是BAX，這是一種稱為細胞凋亡的關鍵抗癌機制的中介，強調了這些發現的臨床相關性。BAX突變先前與一些白血病患者對venetoclax藥物產生耐藥性有關。

利用GoT-Splice，研究人員還在無癥狀的克隆造血(CH)患者的骨髓細胞中發現了類似MDS的變化——一種血細胞類型的輕度異常增殖——在這種情況下涉及SF3B1突變。

Landau博士同時也是威爾康奈爾醫學院桑德拉和愛德華邁耶癌癥中心的一名成員，他說:“在CH患者身上的發現表明，CH和顯性疾病之間的界限可能更多地是定量的，而不是定性的——如果異常細胞的克隆相對較小，那么其余的骨髓可以彌補。”

他和他的團隊計劃繼續使用GoT-Splice作為揭示基因突變如何導致疾病細節的多功能工具。

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