1月15日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院－德國(guó)馬普計(jì)算生物學(xué)伙伴研究所楊力研究組關(guān)于環(huán)形RNA研究的最新進(jìn)展“CIRCexplorer3: A CLEAR Pipeline for Direct Comparison of Circular and Linear RNA Expression”。該研究發(fā)布了升級(jí)版的環(huán)形RNA與線(xiàn)形RNA直接定量比較的分析系統(tǒng)CIRCexplorer3-CLEAR，用于開(kāi)展環(huán)形RNA的精準(zhǔn)定量研究。
真核生物中的反向剪接可以將外顯子序列反向首尾連接形成環(huán)形RNA?；诎l(fā)現(xiàn)定位于反向剪接位點(diǎn)的高通量測(cè)序讀序，楊力研究組在2014年建立了高效的環(huán)形RNA計(jì)算分析新流程（CIRCexplorer, version 1），并通過(guò)合作系統(tǒng)揭示了環(huán)形RNA在體內(nèi)的廣泛存在、揭示了互補(bǔ)序列介導(dǎo)的環(huán)形RNA產(chǎn)生基礎(chǔ)及其調(diào)控的普遍性規(guī)律（Zhang et al., Cell 2014）。開(kāi)發(fā)的環(huán)形RNA計(jì)算分析流程CIRCexplorer被認(rèn)為是在當(dāng)時(shí)已有的環(huán)形RNA計(jì)算分析流程中預(yù)測(cè)效率和準(zhǔn)確性最適的工具包（Hansen et al., Nucleic Acids Res 2016）。2016年，楊力研究組報(bào)道了升級(jí)版的CIRCexplorer2開(kāi)源工具包，通過(guò)比較對(duì)應(yīng)環(huán)形RNA和線(xiàn)性RNA的表達(dá)，全面闡述了環(huán)形RNA可變反向剪接（alternative back-splicing）和可變剪接（alternative splicing）的復(fù)雜性和多樣性，并建立了環(huán)形RNA數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)站http://www.picb.ac.cn/rnomics/circpedia（Zhang et al., Genome Res 2016；Dong et al., Genomics Proteomics Bioinformatics 2018）。但是，除了反向剪接位點(diǎn)以外，環(huán)形RNA與其對(duì)應(yīng)的線(xiàn)形RNA在一級(jí)序列上完全重復(fù)，因此從轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)中系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)環(huán)形RNA和線(xiàn)形RNA的策略不同。包括CIRCexplorer (version 1 and 2)在內(nèi)，現(xiàn)有方法對(duì)環(huán)形RNA的全轉(zhuǎn)錄組檢測(cè)和定量主要依賴(lài)對(duì)跨反向剪接位點(diǎn)讀序的分析獲得FPM（fragments per million mapped fragments）；而對(duì)線(xiàn)形RNA的定量分析則依賴(lài)覆蓋外顯子和跨外顯子的讀序以獲得FPKM（fragments per kilobase of transcript per million mapped fragments）。FPM和FPKM定量標(biāo)準(zhǔn)的不一致導(dǎo)致它們無(wú)法直接用來(lái)比較環(huán)形RNA及其對(duì)應(yīng)線(xiàn)形RNA的表達(dá)。
在這項(xiàng)最新的研究中，楊力研究組開(kāi)發(fā)了3.0版本的CIRCexplorer分析新流程用于環(huán)形RNA與線(xiàn)形RNA直接定量比較（https://github.com/YangLab/CLEAR），根據(jù)可被用于環(huán)形RNA與線(xiàn)形RNA直接定量比較的這一特性，這個(gè)新流程也被命名為CLEAR（circular and linear RNA expression analysis from ribosomal-RNA depleted RNA-seq）。在該最新的CLEAR流程中，研究人員定義并使用新的定量參數(shù)FPB（fragments per billion mapped bases）計(jì)算環(huán)形RNA與線(xiàn)性RNA的表達(dá)水平，主要通過(guò)計(jì)算跨反向剪接位點(diǎn)的讀序獲得環(huán)形RNA的表達(dá)（FPBcirc），同時(shí)計(jì)算跨正常剪接位點(diǎn)的讀序獲得線(xiàn)形RNA的表達(dá)（FPBlinear）。進(jìn)一步，通過(guò)直接比較環(huán)形RNA及其對(duì)應(yīng)線(xiàn)形RNA的FPB值獲得CIRCscore（FPBcirc vs FPBlinear），用來(lái)表征環(huán)形RNA相對(duì)于線(xiàn)形RNA的表達(dá)水平。相對(duì)于原有的FPM，新建立的FPB不受讀序長(zhǎng)度與測(cè)序策略的影響，因此可以對(duì)來(lái)源于不同讀序長(zhǎng)度、測(cè)序策略和測(cè)序深度的樣本進(jìn)行比較；同時(shí)，新建立的CIRCscore能進(jìn)一步去除線(xiàn)形RNA的表達(dá)背景對(duì)環(huán)形RNA進(jìn)行相對(duì)定量，因此基于FPB和CIRCscore的定量分析將有更廣的適應(yīng)性和更高的魯棒性。利用CIRCexplorer3-CLEAR，研究人員可篩選獲得相對(duì)于線(xiàn)形RNA高表達(dá)的環(huán)形RNA，并開(kāi)展后續(xù)環(huán)形RNA功能及作用機(jī)制等研究。
楊力研究組長(zhǎng)期從事核酸水平的組學(xué)及相關(guān)前沿新技術(shù)研究。在環(huán)形RNA研究領(lǐng)域，近期通過(guò)合作系統(tǒng)揭示了反向剪接環(huán)形RNA在生成加工、代謝降解、二級(jí)結(jié)構(gòu)和生理功能等水平的調(diào)控及機(jī)制（Zhang et al., Cell 2014; Zhang et al., Cell Rep 2016; Zhang et al., Genome Res 2016; Dong et al., RNA Biol 2017; Li et al., Mol Cell 2017; Liu et al., Cell 2019）。該項(xiàng)研究成果在楊力研究員指導(dǎo)下完成，受到了中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委和Howard Hughes Medical Institute International Program的基金的支持。楊力研究組2014級(jí)碩博連讀研究生馬旭凱為第一作者，研究獲得了生化細(xì)胞所陳玲玲研究員及其研究組、康涅狄格大學(xué)Gordon G. Carmichael教授的大力支持。（科技處）
論文網(wǎng)址：https://doi.org/10.1016/j.gpb.2019.11.004
圖1: CIRCexplorer3-CLEAR分析新流程用于環(huán)形RNA與線(xiàn)形RNA直接定量比較
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