$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Редактирование РНК представляет собой динамический слой посттранскрипционной регуляции, который позволяет осуществлять местоспецифические нуклеотидные замещения внутри транскриптов РНК без изменения базовой последовательности ДНК. У метазоев доминирующей формой является деадинация аденозина-инозину (A>I), опосредованная ферментами ADAR, которая способствует диверсификации транскриптов, стабильности мРНК, врождённой иммунной модуляции и функциинейронов 1,2. Цитидин в уридин (C>U) (далее «C>U» в биологическом контексте; «C>T» в контексте секвенирования) дезаминирование, катализируемое представителями семейства APOBEC, работает параллельно с этими путями и участвует в метаболизме липид, рестрикции вирусов, мутагенезе и новых регуляторных ролях в иммунной и онкологической биологии 3,4,5,6,7. Недавние исследования показали, что несколько ферментов APOBEC, включая APOBEC1, APOBEC3A и APOBEC3B (A3B), катализируют редактирование РНК в физиологических и патологическихконтекстах 3,4,7,8,9,10. APOBEC3 ферменты также вызывают редактирование ДНК, вызывая перекрывающиеся мутационные сигнатуры, которые усложняют различие редактирования РНК отгеномных вариаций 8,10,11,12.
Секвенирование следующего поколения позволило идентифицировать потенциальные сайты редактирования РНК по всему транскриптому, однако отличить истинные правки от геномных SNV или технического шума остаётся сложно. События A>I и C>U проявляются как замены A>G и C>T в библиотеках кДНК и могут быть запутаны ошибками в прайме, ошибками полимеразы, артефактами картирования и контекстно-специфическими изменениями экспрессии. Общественные ресурсы, такие какREDIportal 13, каталогизируют миллионы сайтов A>I, тогда как аннотации C>U остаются редкими, отражая как биологические, так и аналитические ограничения. Таким образом, надёжная идентификация C>U редактирования — особенно изменения в зависимости от условий — остаётся неудовлетворённой аналитической потребностью.
Главная цель метода, представленного здесь, Калиброванного сканера дифференциальной РНК редактирования (CADRES), — это точная идентификация дифференциальных вариантов РНК (DVR): редактирующих участков, которые статистически значительно изменяют глубину редактирования между двумя или более определённымиусловиями. 14. Разрабатывая этот протокол, мы стремились решить два устойчивых препятствия. Во-первых, подлинные редактирования РНК необходимо отличать от вариантов, закодированных ДНК. Во-вторых, различия в редактировании должны быть статистически надёжно оценены на основе биологически реплицированных наборов данных с РНК-секвенциями. Главная инновация CADRES заключается в интеграции совместного вызова вариантов ДНК/РНК с калиброванной обработкой вариантов РНК во время перекалибровки баллов по базовому качеству (BQSR). Эта стратегия «буст-рекалибровки» сохраняет недавно обнаруженные участки редактирования РНК во время BQSR, тем самым предотвращая систематическое понижение качества, которое обычно снижает чувствительность при низкочастотныхредактировании 15,16,17. Такой подход снижает ложноотрицательные результаты и повышает специфичность по сравнению с конвейерами, которые полагаются исключительно на неполные базы данных редактирования РНК.
CADRES находится в рамках системы методов, каждый из которых охватывает различные аспекты анализа редактирования РНК. артефакты фильтров SNPiR18 и RVboost19 из наборов вариантов только с РНК; VaDiR 20 включает сравнения ДНК и РНК, но не моделирует реплицированную структуру; rMATS-DVR21 проводит дифференциальное тестирование на основе GLMM, но полностью использует RNA-seq; и JACUSA/JACUSA2 22,23 поддерживают обнаружение с учётом репликации, но не включают совместные стратегии анализа ДНК и РНК или перекалибровки. CADRES объединяет репликационное статистическое моделирование, совместный вызов вариантов ДНК/РНК и перекалибровку, обогащённые для de novo редактируемых сайтов, обеспечивая единый рабочий процесс, оптимизированный для обнаружения редактирования РНК, зависящих от условий — включая события C>U, связанные с активностьюAPOBEC 10,11,12.
В этом контексте пользователи могут считать CADRES подходящим, если их экспериментальная система соответствует следующим критериям. Во-первых, доступно парное секвенирование РНК-секвенации и целого генома или целого экзома из одних и тех же образцов, что позволяет строго разбить события, полученные из РНК, из вариантов, закодированных ДНК. Во-вторых, биологический вопрос касается изменений редактирования РНК в разных условиях — таких как индукция ферментов, стресс окружающей среды, стадии развития или состояния заболеваний — где статистическое моделирование аллельно-специфической глубины между репликатами крайне важно. В-третьих, исследователь стремится к повышенной специфичности при обнаружении редактирования C>U, где необходимо отличить РНК-события от мутагенеза ДНК, вызванного APOBEC. CADRES особенно ценен в системах, где активность APOBEC индуцирует как редактирование РНК, так и ДНК, что показано в индуцируемых моделяхA3B 10,11,12, а также где традиционные методы, основанные только на РНК, демонстрируют завышенные показатели ложноположительных результатов из-за смешанных SNV или артефактов повторяющихся последовательностей.
CADRES предлагает несколько практических преимуществ. Совместное вызов вариантов ДНК/РНК снижает ложноположительные результаты, вызванные SNV. Перекалибровка буста сохраняет истинные сигналы редактирования, включая новые события, отсутствующие в справочных базах данных. GLMM, основанный на rMATS, предоставляет статистически принципиальную основу для анализа дифференциального редактирования между репликатами. Вместе эти возможности создают калиброванную, высокоточную платформу для изучения динамического редактирования РНК в экспериментальных и заболевающих условиях. В нашем предыдущемисследовании 14 CADRES был тщательно сравненный с установленными методами обнаружения редактирования РНК, используя как in silico моделируемые наборы данных, так и реальные индуцируемые модели клеток A3B. В оценке in silico CADRES стабильно достигал точных оценок 0,85–0,95 и точных оценок 0,92–0,98 по числам реплицированных. Общий рабочий процесс CADRES иллюстрирован на рисунке 1.