在真核生物中，前体RNA经过转录后5’末端加“帽”、3’末端加“尾”、RNA剪接以及转录后修饰等生物学加工，成为成熟RNA，进入细胞质行使功能。发生于两个或多个单独的前体RNA分子之间的RNA剪接方式称为反式剪接。反式剪接能够形成嵌合的非共线性（Non-co-linear）RNA分子，这些嵌合RNA分子参与了多种肿瘤发生、胚胎干细胞多能性、细胞衰老等生理生化过程。目前，关于反式剪接的研究仍侧重于功能方面，而其生物学发生机制仍知之甚少。
SCIENCECHINALifeSciences近日发表了中国科学院北京基因组研究所张治华教授实验室题为“Evidenceofconstraintinthe3Dgenomefortrans-splicinginhumancells”的文章，报道了关于反式剪接生物学发生机制的相关研究。
基于已有的比较受欢迎的反式剪接形成机制的相关研究—转录工厂假说以及近年来蓬勃发展的基因组空间结构的相关研究进展，文章首先提出了一个关于反式剪接发生机制的空间聚类假说，即反式剪接的发生与其形成的嵌合RNA的前体基因座（parentloci）在细胞核内的空间邻近相关（图1）。为了检验空间聚类假说的合理性，该研究开发了一种新的反式剪接识别工具：TSD，并根据模拟数据和实验验证的方法，对TSD进行了系统的评估。评估表明，TSD能够从RNA-seq数据中，高精度地识别一定数量的反式剪接事件，并具有良好的鲁棒性。
图1空间聚类假说的阐释模型
作者进一步利用TSD在人B淋巴细胞GM中预测出个潜在的反式剪接事件，并基于这些事件对提出的空间聚类假说进行了检验。研究发现，反式剪接的生物学发生与染色质调控型相互作用密切相关，暗示了该生物学发生与基因组空间结构的联系性（图2A）。进一步研究发现，反式剪接事件的剪接位点对之间的Hi-C相互作用频率更高，且更倾向于分布在相同的染色质拓扑相关结构域（TAD）的内部（图2B-C）。在基因组空间结构（染色体的三维物理模型）中，反式剪接的发生不是随机的，而是更倾向于发生在多个染色质的空间聚集簇中，且簇内的剪接位点之间的空间距离显著小于随机对照（图2D-F）。从一定程度上表明，哺乳动物中反式剪接的发生和三维基因组结构可能是耦合在一起的，空间聚类假说具有一定的合理性。
鉴于基因组中普遍的转录活性和远距离表达位点之间的空间邻近性，这种联系意味着存在超出了目前技术的敏感性的丰富的反式剪接RNA分子。因此，进一步探讨这些非典型转录本的生物学功能和进化意义将是一个有意思的新的研究方向。文章第一作者为博士刘聪，通讯作者为中国科学院北京基因组研究所的张治华研究员、李敬助理研究员和李飞飞助理研究员。研究工作得到了国家自然科学基金委的支持。
图2空间聚类假说的验证。A，反式剪接事件的剪接位点对在基因组功能区域之间的分布。矩阵的上三角和下三角分别表示反式剪接事件的数目和相对富集倍数。矩阵的行和列为7种基因组功能区域，分别为增强子（EH）、活性启动子（PM）等。B，GM中，反式剪接事件的Hi-C相互作用指数的中值（虚线）及相比于随机对照的经验p值。C，相比于随机对照（灰色曲线及阴影），intra-TAD的反式剪接事件（彩色曲线）所占百分比更高。D-E，GM的1号染色体的三维物理模型中的反式剪接位点的分布。根据（E）图中层次聚类结果（剪接位点对之间的线性基因组距离）对剪接位点进行标记和着色。F，反式剪接事件的簇内欧氏距离的中值（虚线）及相比于随机对照的经验p值。
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