$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
ربط الحمض النووي الريبي هو عملية حاسمة تنضم إلى exons للترجمة وتزيل الإنترونات ، مما يسهل تصدير الحمض النووي الريبي ويحافظ على توازن الحمض النووي. تعمل هذه الآلية المنظمة بإحكام بطريقة زمنية ومكانية ، مما يساهم في تنوع النسخ وتعقيده1. يتم توجيه الربط من خلال الإشارات الرئيسية ، بما في ذلك موقع لصق 5 بوصات (5'ss) ، وموقع الفرع ، وموقع لصق 3 's (3'ss) ، جنبا إلى جنب مع العناصر التنظيمية الإضافية مثل مجرى البولي بيريميدين في اتجاه مجرى النهر من موقع الفرع ومنطقة استبعاد ثنائي النوكليوتيدات AG ، والتي تساعد في التعرف على 3 's 2. ميكانيكيا ، يقترن الحمض النووي الريبي النووي الصغير U1 (snRNA) مع 5's ss ، بينما يتفاعل موقع الفرع مع U2 snRNA3. يسهل النشاط المنسق لموقع الفرع ، ومسار البولي بيريميدين ، و 3 s ارتباط البروتينات النووية الصغيرة U2 (snRNPs) والعوامل المساعدة U2 ، مما يؤدي إلى تثبيت الرصيد ووضع نقطة التفرع للهجوم النووي على 5 ، وبالتالي بدء الربط.
مع التقدم السريع لتقنيات التسلسل ، تستمر تكلفة تسلسل الجينوم الكامل في الانخفاض ، مما يؤدي إلى كتالوج متزايد باستمرار للمتغيرات الجينية البشرية. تشير التقديرات إلى أن 10-30٪ من الطفرات المرتبطة بالأمراض في الاضطرابات الوراثية النادرة تؤثر على تضفير الحمض النووي الريبي4،5،6 ، وغالبا ما تنتج منتجات جينية شاذة قد تكون بمثابة أهداف علاجية. ومع ذلك ، فإن تقييم التأثير الوظيفي للمتغيرات الداخلية لا يزال يمثل تحديا بسبب تعقيد إشارات الربط ، والتي غالبا ما تكون زائدة عن الحاجة ومتدهورة. في حين أن مواقع لصق 5 و 3 تتميز بخصائص جيدة نسبيا ، فإن مواقع الفروع ومسالك البولي بيريميدين والعناصر التنظيمية الأخرى للربط تظهر تباينا كبيرا في التسلسل والموضعية في حقيقيات النوى الأعلى. أظهرت دراسات رسم الخرائط واسعة النطاق أيضا أن مواقع فرع متعددة يمكن أن توجد داخل إنترون واحد7،8،9،10 ، مما يعقد تفسير الاختلافات في حدود الإنترون-إكسون.
تم استخدام التعلم العميق لتقييم كيفية مساهمة التسلسلات الأولية في التعرف على موقع لصق4،11،12 ، مما يكشف عن أن متغيرات الربط تتجمع في مواقع لصق أساسية بينما تمتد بشكل ضئيل إلى exon ومنطقة 3 'من الإنترونات. يتماشى هذا النمط مع الفهم الراسخ بأن اختيار موقع لصق 5 بوصات يتم إملاءه بشكل أساسي من خلال تسلسلات الإجماع ، بينما يعتمد التعرف على موقع لصق 3 بوصات على عناصر داخلية إضافية ، مثل مواقع الفروع ومسالك البولي بيريميدين. ومع ذلك ، فقد تم تدريب النماذج الحالية على التمييز بين مواقع لصق التأسيس والمواقع البديلة أو الاصطناعية بدلا من التركيز على المتغيرات الداخلية على وجه التحديد. نتيجة لذلك ، تظهر هذه الأدوات الحسابية دقة تنبؤية معتدلة فقط ، حيث تحدد بشكل أساسي مواقع لصق ومتغيرات الربط الخارجية13،14،15،16. بالإضافة إلى النماذج التنبؤية ، فإن النظام التجريبي القادر على التحقق من صحة متغيرات الربط بكميات كبيرة من شأنه أن يعزز بشكل كبير تحديد وتوصيف عيوب الربط.
تظل بيانات تسلسل الحمض النووي الريبي الشاملة التي تربط المتغيرات الداخلية المرتبطة بالأمراض بالأنماط الظاهرية للتضفير نادرة بسبب ترددها المنخفض وصعوبة التنبؤ بنتائج التضفير من مجموعات البيانات الحالية. لمعالجة هذه الفجوة ، تم تطوير فحوصات الربط عالية الإنتاجية والنماذج الحسابية لتحليل متغيرات الربط بشكل منهجي. تم تصميم فحوصات مراسل الربط المتوازية على نطاق واسع (MaPSy) لتقييم تأثير التسلسلات المتغيرة على اختيار موقع لصق. من خلال دمج اختلافات التسلسل بالقرب من مواقع لصق 5 و 3 أو امتد مناطق إنترون-إكسون بأكملها داخل العمود الفقري الجيني المصغر الثابت ، يتيح MaPSy تقييما وظيفيا لتعديلات الربط. ومع ذلك ، نظرا لقيود تخليق قليل النوكليوتيدات السائبة ، لا يتم التقاط المتغيرات الإنترونية العميقة وتنشيط exon الزائف في هذا النهج.
تم التحقق من صحة متانة MaPSy باستخدام 70 جينا صغيرا مستقلا للربط ، مما ينتج عنه ارتباط بيرسون 0.8917. والجدير بالذكر أن ما يقرب من 90٪ من متغيرات مانحي الربط (+1 و +2) أظهرت عيوبا في الربط ، مما يسلط الضوء على دقة الفحص. بالإضافة إلى ذلك ، كشفت MaPSy مع تسلسلات موقع الفرع العشوائية عن الطبيعة المتدهورة للتعرف على موقع الفرع واعتماده على البروتينات الأساسية U218. علاوة على ذلك ، تم استخدام تصميم MaPSy المنفصل GFP إلى جانب فرز الخلايا المنشط بالتألق (FACS) للتحقيق في أحداث تخطي exon الناتجة عن الاختلافات الجينية. كشف هذا النهج أن 54٪ من المتغيرات المسببة لاضطراب الربط موجودة في المناطق الداخلية ، بما في ذلك مواقع لصق الربطالكنسية 13 ، مما يؤكد الدور المهم للعناصر الداخلية في تنظيم الربط. بشكل جماعي ، تعزز هذه النتائج أهمية التسلسلات الداخلية في التحكم في الربط وتوضح فائدة MaPSy في تحديد عيوب الربط المرتبطة بالأمراض (الشكل 1).

الشكل 1: التصميم التجريبي لمقايسة الربط المتوازية على نطاق واسع (MaPSy) للطفرات الداخلية القريبة من exon. تم جمع المتغيرات الموثقة في قواعد بيانات الأمراض البشرية وتصنيعها على شكل 5,307 زوجا من oligos. يحتوي كل زوج من oligo على مرجع وأليل متغير عبر المناطق الخارجية ذات 78 نيوكليوتيد (nt) و 35-nt. يحيط ب oligos مواقع فتيلة مشتركة للتضخيم والربط في جينات صغيرة للتضفير 3-exon. وفقا لذلك ، تشتمل المنطقة المركبة على 3 s من exon الثاني من الجين المصغر. بعد تجميع الجينات الصغيرة ، تم تقطيع الجينات الصغيرة المجمعة في خلايا الكلى الجنينية البشرية (HEK293T). تم حصاد الأشكال الإسوية المقسمة الناتجة وحلها عن طريق تسلسل الأمبليكون. تم تكييف هذا الرقم بإذن من Chiang et al.17. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.