可变剪切分析
最后发布时间 : 2023-02-11 14:21:26
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背景知识
(alternative splicing)
转录组一般是指从细胞或组织的基因组所转录出来的RNA的总和，包括编码蛋白质的mRNA和各种非编码RNA（rRNA, tRNA, snRNA, snoRNA, lncRNA, microRNA等）。真核生物的基因结构是不连续的，如下图：
其基因组最初的转录产物其实并不是成熟的mRNA分子，而是它的前体pre-mRNA，那么怎么变成成熟的mRNA呢，就需要从pre-mRNA中将非编码蛋白质的内含子（intron）切除，然后拼接剩下的编码蛋白质的外显子（exon）。但实际上，在这个过程中，有多种多样的前切和拼接方式，从而产生不同的剪切异构体，也就咱们要说的可变剪切。
可变剪切（differential splicing）也叫做选择性剪切（alternative splicing，AS）：指的是在 mRNA 前体到成熟 mRNA 的过程当中，不同的剪切方式使得同一个基因可以产生多个不同的成熟 mRNA，最终产生不同的蛋白质。可变剪切在真核生物体内广泛存在，有研究指出，对于人类基因组中包含多个exon 的基因而言，其中有 95%的基因都存在可变剪切现象。可变剪切导致了转录本和蛋白质结构与功能的多态性，是一种重要的转录调控机制。
可变剪切的形式复杂多样，大致可以分为5大类。
- 外显子跳跃（Exon skipping）：哺乳动物细胞中最常见的AS类型，其中一个外显子被完全跳过。
- 互斥外显子（Mutually exclusive exons）：只有两个外显子中的一个被去除，但不是两个都被去除。
- 可变5’供体或3’受体端剪切（Alternative donor (5′) or acceptor (3′) site）：AS使用不同的5′或3′拼接点。
- 内含子保留（Intron retention）：mRNA中包含内含子。
- 转录起始区域可变剪切（Alternate promoters）：不同的启动子用于不同的剪接变体，导致mRNA转录的不同起始。
- 转录终止区域可变剪切（Alternative polyadenylation sites）：基于多聚腺苷酸化位点的识别，不同的外显子被剪接，导致转录物3′端的不同外显子。
软件算法
比较旧的分析可变剪切的软件主要有SpliceR、SpliceGrapher、ASprofile以及Splicing Express等，它们是基于cufflinks软件的结果，将reads回帖到基因组序列后，根据位置和长度及结构信息，来确定或预测可能的剪切体的类型。目前主流已经不再使用tophat+cufflinks流程了。
比较新的几款软件：
Multivariate Analysis of Transcript Splicing (MATS)
IsoformSwitchAnalyzeR