人类心脏全长转录本注释构建及其在心肌病研究中的应用

Alternative splicing plays an important role in cardiac functions and the development of heart diseases. Currently it remains technically challenging to study these alternative splicing events on the full-length transcript level, leading to incomplete annotations of human transcripts, and impeding the translational study on this regulatory level. On the basis of the third-generation sequencing technology with single molecular and long read length, here we propose to define the transcript structure of genes expressed in human heart, establish an accurate and complete full-length transcript atlas in human heart, and develop a database to visualize the annotations of the transcripts to support the fundamental and translational studies in this field. We will further identify the list of cardiomyopathy-associated genes through literature reviews, develop a set of probes to capture these candidate genes, and build a targeted sequencing platform on the basis of the third-generation sequencing. With this platform, we propose to perform a case-control study in ventricular samples of 100 patients with cardiomyopathy and 50 normal controls to identify abnormal alternative splicing events and full-length transcripts. Moreover, combining with the whole-genome sequencing data of these samples, we propose to clarify the mechanisms for a portion of these abnormal transcripts in terms of cis-regulation. This study will provide novel insights into the molecular diagnosis and mechanistic interrogation of cardiomyopathy on alternative splicing level.

可变剪接调控在心脏功能维持、及重大疾病发生发展中发挥重要作用。然而，目前从全长转录本水平研究这一调控层次仍然存在技术挑战，导致现有人类心脏表达基因的转录本注释不完善，也制约了基于该调控层次的疾病研究。本项目拟利用SMRT测序技术长读长优势，从全基因组水平定义心脏表达基因的全长转录本结构，建立一套准确、完整的人类心脏参考转录谱，并构建数据库平台对转录本结构、组成和功能进行展示，支持重大心脏疾病领域的基础及转化研究。基于该参考转录谱，整合心肌病相关基因集合并设计捕获探针，建立一套针对心肌病候选基因的SMRT靶向转录本测序平台。运用该平台，针对100例心肌病患者和50例正常对照的心室样本，开展靶向测序，鉴定心肌病患者中存在的异常可变剪接调控事件，以及异常的全长转录本组成。同时，结合基因组数据，从顺式调控角度阐明部分异常剪接的成因。该项目有望从可变剪接调控层次为心肌病的分子诊断与机制探讨提供基础。

可变剪接调控在心脏功能维持、及重大疾病发生发展中发挥重要作用。然而，目前从全长转录本水平研究这一调控层次仍然存在技术挑战，导致现有人类心脏表达基因的转录本注释不完善，也制约了基于该调控层次的功能研究和疾病研究。本项目首先利用PacBio SMRT测序技术长读长优势，从全基因组水平定义心脏表达基因的全长转录本结构，建立一套准确、完整的人类心脏参考转录谱，支持重大心脏疾病领域的基础及转化研究。同时，基于心脏四腔室的全长转录谱，比较腔室间差异，探索剪接调控在腔室功能中的作用。最后，基于该参考转录谱，整合心肌病相关基因集合并设计捕获探针，建立一套针对心肌病候选基因的SMRT靶向转录本测序平台。运用该平台, 研究心肌病患者中的异常可变剪接调控事件以及异常的全长转录本组成，从可变剪接调控层次为心肌病的分子诊断与机制探讨提供基础，同时，利用此参考全长转录本结构辅助先天性心脏病，主动脉疾病的遗传学研究和分子诊断，均获得一定进展。相关工作在Briefings in Bioinformatics和Human Molecular Genetics学术期刊发表SCI论文2篇，另有一篇学术论文在Genomics, Proteomics & Bioinformatics完成修稿。还有两篇文章和软著正在准备中。本项目为进一步探索剪接调控在心脏功能和疾病中的作用提供了基础。