J Transl Med︱安三奇/李为民/梁浩团队共同构建多组织多类器官COVID-19可变剪切综合数据库：CASA

撰文︱李静怡责编︱方以一，王思珍编辑︱杨彬薇

新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）现在已经被证实对人们的生活产生着持久的影响[1, 2]。随着新冠肺炎和其它病毒新变种的出现，新冠肺炎疫苗的突破性进展迫切的需要研究人员对新冠肺炎感染的致病机制进行充分的探索[3]。

可变剪切（Alternative Splicing，AS）作为转录调控机制中的关键环节，在维持RNA和蛋白质表达的多样性方面起着至关重要的作用。AS与宿主基因调控有关，是病毒-宿主相互作用的一个关键方面，在宿主对微生物感染的免疫反应中发挥着重要作用[4]，同时，AS介导了传染病尤其是新冠肺炎的免疫应答[5-9]。然而，由于缺乏在不同新冠肺炎感染条件下AS图谱的资源，目前迫切的需要收集更多的数据以及进行更多的人类微生物感染的AS图谱的研究，进而增进对新冠肺炎及其相关传染病的了解。

2022年10月20日，广西医科大学安三奇，四川大学华西医院李为民以及广西医科大学梁浩作为共同通讯作者在转化医学领域期刊Journal of Translational Medicine（IF=8.5）上发表了题为“CASA: a comprehensive database resource for the COVID-19 Alternative Splicing Atlas”的研究成果，该研究通过手动收集、整合和重新分析了公开数据库中数千个具有RNA-seq数据和相关临床/表型信息的样本，最终开发出了一个以新冠肺炎可变剪切图谱为特色的综合数据库：CASA（http://www.splicedb.net/casa/）。CASA具有允许用户按微生物名称、组织、区域和特征(例如，项目ID、组织类别、AS类型)进行搜索的界面，提供感兴趣的AS事件的详细信息，并可在特定条件下在所包含的级别内进行可视化。

目前，CASA包括来自59个独立数据集的2163个人体样本，覆盖15个身体部位、12种微生物和15个国家/地区，这些数据将会在未来不断的更新。CASA的Home页面提供了完整的网站搜索功能，用户可以根据提示使用关键词搜索以访问感兴趣的可变剪切数据。

数据库CASA提供了四个主要模块：(i) 用于查询特定条件下的AS事件的检索模型；(ii) 显示CASA中所有数据集的统计结果的模块；(iii) 包含实用功能的模块，包括分析不同条件下不同调控的替代外显子；以及(iv) 文档，关于CASA的详细介绍和指导。

CASA中提供了用户友好的Web界面，用户可以通过自由组合不同的搜索条件来检索跨所有数据集的剪接事件，例如特定样本类型、样本名称、微生物、基因符号或数据集（图1）。此外，详细信息页面上提供了一系列智能辅助小部件，用于下游分析，如查询搜索栏和排序筛选功能。

图1. CASA 搜索界面。用户可以根据身体部位、样本类型、样本名称、微生物、项目ID 和基因名称进行搜索。

（图源：Yaxin Chen, et al., J Transl Med, 2022）

为了探索观察到的AS事件变化的潜在作用，将一系列分析结果整合到CASA中，例如对可变剪切外显子附近的RNA结合蛋白（RBP）进行基序分析，以探索RBP是否可以作为特殊条件下发生的AS事件的潜在调节因子(图2A)。此外，GO/KEGG途径分析的结果和AS事件在染色体上的分布也被整合到数据库中(图2B、C)。对于差异表达的基因或差异调控的替代外显子，我们提供了两个资源来确定潜在的药物和感兴趣基因的可操作靶点：基于KEGG途径的药物-靶-途径相互作用，以及嵌入CASA的DrugCentral。此外，还开发了一个药物发现工具(图2D)。有关如何搜索数据库和如何浏览搜索结果细节的更多详细信息，可在“文档”页面的“帮助”部分找到。

图2. CASA工具栏

（图源：Yaxin Chen, et al., J Transl Med, 2022）

为了更好地支持研究人员探索疾病中的AS，CASA还旨在帮助研究人员对他们自己的RNA-SEQ数据进行AS分析。研究人员只需上传他们的RNA-seq数据，并根据自己的数据情况设置参数值，该工具将自动进行系统分析，同时所有这些结果都可以下载。分析完成后，将弹出一个新的网页，允许调查人员私下对他们上传的数据进行14种不同的分析。它还包含GO和KEGG途径分析的功能丰富信息。此外，这些结果可以下载并直接保存为高分辨率的PDF文件。

当人类细胞感染SARS-COV-2、SARS-CoV、HIV、A型流感病毒、HCMV、HSV-1和2型登革病毒等微生物时，往往会诱导宿主基因的广泛AS程序[10]。我们建立了首个针对新冠肺炎和新冠相关传染病的综合性AS数据库，以提供关于新冠肺炎和其他九种传染病不同组织的全面AS信息。此外，还显示了潜在的RBP调节的以及富含AS的相应功能（图3）。

图3. 数据库开发概述。CASA中可变剪切事件的量化和鉴定是用标准管道对所有RNA-seq文库进行处理的。

（图源：Yaxin Chen, et al., J Transl Med, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望随着时间的推移，CASA也需要保持与时俱进。所以未来CASA也将保持如下更新：（i）将根据用户反馈在CASA中提供更多在线工具，以及（ii）将更多样本和更多传染病纳入CASA，并将继续每六个月更新数据库。笔者相信，CASA将从细胞生物学的角度推动对病毒诱导的宿主细胞可变剪切功能的研究，以及涉及AS感染疾病的机制的研究。

原文链接：https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12967-022-03699-8

四川大学华西医院陈亚鑫博士和王刚博士为共同第一作者，广西医科大学在读硕士研究生李静怡为本文做出重要贡献，本项目得到国家自然科学基金，广西医科大学杰出青年基金（安三奇）; 中央高校基本科研专项资金; 四川科技支持基金的支持。

通讯作者：安三奇（左）；李为民（中）；梁浩（右）

（照片提供自：安三奇/李为民/梁浩团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读） 

安三奇教授，广西医科大学高层次引进人才(2020)，“杰出青年”(2022)，教授，博士生导师。2017年毕业于中国科学院大学获遗传学硕士学位。2017-2020在中山大学中山医学院师从王金凯教授学习，分子医学博士学位。毕业后在广西医科大学生命科学研究院从事教学及科研工作。担任《Briefs in Bioinformatics》、《Molecular Therapy-Nucleic Acids》等10余篇SCI国际学术期刊的特约审稿专家和青年编委。研究领域为医学生物信息学与转录调控在复杂疾病中的生物学理论机制，长期致力于利用高通量测序技术产生的多组学数据以及其他的疾病临床大数据，结合生物信息学，计算生物学、基因组学和分子生物学的方法去研究m⁶A RNA等表观遗传学修饰的调控模式和机理，及其在干细胞、肿瘤等重大生理病理过程中的作用。以及复杂疾病的发病机制以及治疗方法。相关成果在《Nucleic Acids Research》、《Oncogene》、《Genes and Diseases》、《Genomics, Proteomics & Bioinformatics》中科院一区学术期刊等发表。主持国家自然科学基金在内的国家级基金、省部级基金及各类人才项目5项。利用机器学习的方法探寻肿瘤等复杂疾病的生物学标记物的创新技术参与申请发明专利十余项。

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参考文献（上下滑动阅读）

1. Tanabe K: Society coexisting with COVID-19. Infection Control and Hospital Epidemiology 2020,41(8):988-989.

2. Brown K, Yahyouche A, Haroon S, Camaradou J, Turner G: Long COVID and self-management. Lancet2022, 399(10322):355-355.3. Takashita E, Kinoshita N, Yamayoshi S, Sakai-Tagawa Y, Fujisaki S, Ito M, Iwatsuki-Horimoto K, Chiba S, Halfmann P, Nagai H et al:Efficacy of Antibodies and Antiviral Drugs against Covid-19 Omicron Variant. New England Journal of Medicine 2022, 386(10):995-998.4. Chauhan K, Kalam H, Dutt R, Kumar D: RNA Splicing: A New Paradigm in Host-Pathogen Interactions. Journal of Molecular Biology 2019, 431(8):1565-1575.5. Wang C, Chen L, Chen Y, Jia W, Cai X, Liu Y, Ji F, Xiong P, Liang A, Liu R et al: Abnormal global alternative RNA splicing in COVID-19 patients. Plos Genetics 2022, 18(4).6. Karlebach G, Aronow B, Baylin SB, Butler D, Foox J, Levy S, Meydan C, Mozsary C, Saravia-Butler AM, Taylor DM et al: Betacoronavirus-specific alternate splicing.Genomics 2022, 114(2).7. Huffman JE, Butler-Laporte G, Khan A, Pairo-Castineira E, Drivas TG, Peloso GM, Nakanishi T, Ganna A, Verma A, Baillie JK et al:Multi-ancestry fine mapping implicates OAS1 splicing in risk of severe COVID-19. Nature Genetics 2022, 54(2):125-+.8. Banerjee AK, Blanco MR, Bruce EA, Honson DD, Chen LM, Chow A, Bhat P, Ollikainen N, Quinodoz SA, Loney C et al: SARS-CoV-2 Disrupts Splicing, Translation, and Protein Trafficking to Suppress Host Defenses. Cell 2020, 183(5):1325-+.9. An S, Li Y, Lin Y, Chu J, Su J, Chen Q, Wang H, Pan P, Zheng R, Li J et al: Genome-Wide Profiling Reveals Alternative Polyadenylation of Innate Immune-Related mRNA in Patients With COVID-19. Frontiers in Immunology 2021, 12.10. Collora JA, Liu R, Albrecht K, Ho Y-C: The single-cell landscape of immunological responses of CD4(+) T cells in HIV versus severe acute respiratory syndrome coronavirus 2. Current Opinion in Hiv and Aids 2021, 16(1):36-47.

本文完