成人心脏和心力衰竭的单细胞剪接异构体图谱

《Circulation》：Single-Cell Splicing Isoform Atlas of the Adult Human Heart and Heart Failure

替代剪接在心脏发育和疾病中起关键作用，但异构体图谱尚不完整。本研究利用长读单细胞RNA测序和计算分析，解析了健康与心衰状态下左心室不同细胞类型、细胞状态和疾病中的异构体异质性，发现广泛存在的异构体多样性作为分子缓冲系统，细胞类型特异性基因约30%为多异构体，且心衰相关基因异构体使用模式显著改变，涉及蛋白质编码序列变化和内含子保留/非编码型别切换。数据已整合至在线平台。

　　

摘要

背景：

可变剪接通过影响蛋白质编码序列、功能域和分子网络，在正常心脏发育和心脏疾病中起着关键作用。然而，对人类心脏异构体景观的详细表征仍然不完整。

方法：

利用长读长单核RNA测序和计算分析，我们研究了成年左心室中不同细胞类型、细胞状态和心脏疾病条件下的全长异构体异质性、表达模式和使用变化。我们采用计算机方法评估了已识别异构体的功能相关性；通过逆转录定量聚合酶链反应和靶向扩增子测序验证了代表性心脏基因的异构体组成；并开发了一个用于交互式浏览结果的网页服务器。

结果：

数据表明，异构体异质性在心脏细胞系统中普遍存在，它作为一种转录后缓冲系统，调节人类心脏中的分子库。在健康的左心室中，约30%的细胞类型特异性基因具有多种异构体，这些异构体根据细胞类型的特定程序进行表达。在普遍表达的基因中，有超过300个基因的异构体使用存在细胞类型特异性差异。与心力衰竭相比，心肌细胞中有379个基因的异构体使用发生了显著变化，其中大多数变化是通过直接改变蛋白质编码序列以及在内含子保留和非蛋白质编码生物型之间的转换来影响蛋白质编码结果的。相比之下，细胞状态特异性程序主要作用于与细胞状态变化相关的单形式基因。此外，我们的数据还揭示了心脏微环境中基质细胞和免疫细胞类型中的心力衰竭相关异构体使用差异事件。

结论：

我们通过长读长单核RNA测序和全面的计算分析，绘制了正常成年心脏和心力衰竭中的剪接异构体图谱。结果表明，异构体在调节核心细胞程序和影响疾病相关细胞状态方面起着关键作用。这些细胞特异性异构体的全长详细信息为下游翻译和机制研究提供了重要参考，可在我们的在线数据门户https://github.com/gaolabtools/heart-isoform-atlas上获取。