基于scRNA-seq数据单细胞水平APA分析方法开发及其在肿瘤中的应用
批准号:
32100534
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨扬
依托单位:
学科分类:
生物大数据解析
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨扬
中文摘要
选择性多聚腺苷酸化(APA)是一种作用于前体mRNA的3’末端加工的重要基因表达调控机制。APA可以通过调控3’UTR的长度的方式影响信使RNA的稳定性、转运以及翻译效率或者改变蛋白编码序列从而影响所编码蛋白质,进而在许多生物学过程中发挥重要的调控作用。研究表明,APA与肿瘤的发生发展密切相关,可以通过调控抑癌基因或癌基因的表达从而影响肿瘤的形成或转移等过程。近年来,单细胞转录组测序技术(scRNA-seq)被广泛应用于肿瘤研究中以揭示复杂的肿瘤细胞亚型和肿瘤免疫微环境,然而,单细胞水平挖掘APA与肿瘤的关系的研究仍少有报道。本项目旨在开发可以利用scRNA-seq数据进行单细胞水平APA分析的生物信息学方法,并将之应用于肿瘤数据分析,从而阐明APA与肿瘤内肿瘤细胞及肿瘤免疫微环境的关联性,并结合其他相关数据,揭示其潜在的调控机制,识别新的肿瘤标志物及药物靶点。
英文摘要
Alternative polyadenylation (APA) is recognized as a major mechanism of gene expression regulation by processing 3’ ends of precursor mRNA. APA could not only impact mRNA stability, translocation and translation through regulating the length of 3’UTR, but also impact protein product through changing the coding sequences. Through these mechanisms, APA play an important role in diverse biological processes. APA was reported to be involved in tumorigenesis and cancer progression through regulating expression of oncogenes and tumor suppressor genes. Single-cell RNA-seq (scRNA-seq) technologies were widely used in cancer studies to reveal complex subtypes of malignant cells and tumor immune microenvironment. However, systematic studies of APA at single-cell level in tumors are still lacking. Therefore, this study aims to develop a novel bioinformatic method to analyze APA at single-cell level using scRNA-seq data, and further apply this method to tumor scRNA-seq data in order to dissect the relationship across APA, malignant cells and tumor immune microenvironment. Furthermore, through integrating with other data, the underlying mechanism will be revealed in this study and novel tumor biomarkers and drug targets will be recognized, in order to pave the way towards precision medicine for tumor.
选择性多聚腺苷酸化(APA)是一种调控前体mRNA的3’末端加工的重要基因表达机制。通过调控3’UTR的长度,APA可影响mRNA的稳定性、转运及翻译效率,或改变蛋白编码序列,从而调节蛋白功能,在多种生物学过程中发挥关键作用。在本项目的支持下,我们围绕既定研究目标,首先开发了一系列APA分析相关生物信息学方法,实现了不同类型APA事件的精准识别与定量。随后,我们整合了大规模、多类型肿瘤的scRNA-seq数据,构建了涵盖多种肿瘤的单细胞图谱,并进一步结合内皮细胞、基质细胞及免疫细胞数据,建立了泛癌种肿瘤微环境单细胞图谱。通过构建肿瘤细胞及免疫微环境特异性基因互作网络,我们解释了肿瘤微环境中基因功能的细胞类型异质性。在此基础上,我们进一步开展APA与肿瘤细胞及微环境的关联研究,我们构建了24种人类正常组织的单细胞水平APA调控图谱作为参考,并开发了scAPAatlas在线数据库平台,支持不同组织类型中单细胞APA图谱的检索及下载。进一步地,我们在构建的肿瘤单细胞图谱中开展APA分析,并结合miRNA结合位点、RBP结合位点以及体细胞突变等多组学数据,系统解析了肿瘤的单细胞水平APA图谱,阐明了ALS2基因中内含子多聚腺苷酸化(IPA)的异常调控及其在肿瘤增殖中的作用。此外,我们还开发了DIPAN方法,可用于IPA来源的肿瘤新抗原,并结合基于质谱的免疫多肽组学数据,揭示了IPA是肿瘤新抗原的重要来源之一。本研究不仅提供了一系列APA分析的生物信息学工具及在线数据库平台,还深入研究了APA在肿瘤发生发展过程中的重要作用,为研究肿瘤进展中转录后调控机制提供了重要支撑。本项目成功完成了计划任务,项目负责人以通讯作者身份发表标注论文9篇,获得2项软件著作权,并提供相关分析软件2个及在线数据库平台2个,同时培养硕士/博士研究生8人。
国内基金
海外基金