研究揭示異常剪切體蛋白結(jié)構(gòu)

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上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院沈鍵鋒團隊與上海交通大學網(wǎng)絡(luò)信息中心交我算團隊合作于Nature子刊Scientific Data上發(fā)表了題為“Structure prediction of novel isoforms from uveal melanoma by AlphaFold”的研究論文，首次全面系統(tǒng)地預測了葡萄膜黑色素瘤中高頻異常剪切異構(gòu)體的蛋白結(jié)構(gòu)，為后續(xù)識別癌癥新抗原及潛在治療新靶點等多種類型的研究奠定了基礎(chǔ)。

葡萄膜黑色素瘤(Uveal Melanoma，UM)是成人最常見的眼內(nèi)惡性原發(fā)性腫瘤，其惡性程度高，嚴重威脅患者生命。特定的可變剪切異構(gòu)體與包括葡萄膜黑色素瘤在內(nèi)的多種腫瘤發(fā)生有關(guān)?；旌蠝y序策略是以三代測序數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)和重點，將三代測序長讀段與高質(zhì)量二代測序短讀段數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，充分利用兩個技術(shù)平臺的優(yōu)勢，是目前全局精準檢測可變剪切事件的高效辦法之一。盡管在研究不同異構(gòu)體的選擇性剪切機制和功能方面付出了巨大努力，但我們對剪切異構(gòu)體3D結(jié)構(gòu)的了解仍非常有限，因此需要全面系統(tǒng)研究其3D結(jié)構(gòu)從而探索其生物學功能。AlphaFold是一種深度學習算法，在預測氨基酸序列的3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上獲得了很高的準確度。這項重大進展對蛋白質(zhì)功能的研究產(chǎn)生了深遠的影響。

在此項工作中，研究人員建立混合測序分析平臺，基于18 名葡萄膜黑色素瘤患者腫瘤組織的二代及三代轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)，分別利用pinfish及flair分析流程重建轉(zhuǎn)錄異構(gòu)體，共得到了315個未經(jīng)注釋的高頻（出現(xiàn)于10個樣本及以上）可變剪切異構(gòu)體（圖一）。為了更好地了解異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)差異及其潛在影響，研究人員比較了295個剪切異構(gòu)體編碼的異常蛋白與其基因編碼的正常蛋白之間的結(jié)構(gòu)差異。此外，研究人員還在10種氨基酸序列發(fā)生改變的剪切異構(gòu)體中鑒定出了13個潛在新抗原（圖二）。該項研究是混合測序策略在識別葡萄膜黑色素瘤轉(zhuǎn)錄異構(gòu)體及鑒定其可變剪切事件上的首次應(yīng)用。同時，這也是首次使用AlphaFold系統(tǒng)全面預測葡萄膜黑色素瘤中可變剪切異構(gòu)體的3D結(jié)構(gòu)。這項研究也為基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測新抗原和潛在藥物新靶點提供了理論依據(jù)。

圖一 該項研究的技術(shù)路線

交我算團隊專注于提供學科融合服務(wù)，幫助全校課題組有效利用高性能計算、AI計算和云計算等強大計算資源。團隊由30多人組成，來自物理、化學、生物、材料等多個學科，致力于全?？蒲杏嬎憬徊媾c創(chuàng)新。學科融合服務(wù)包含三項：優(yōu)化代碼以提高科研團隊的計算效率，開發(fā)軟件以滿足不同的學科和研究需求，以及深度參與到科研項目中，與科研團隊共同推進科研項目的進展。本次科研成果中，交我算團隊全程參與了研究過程，這是網(wǎng)絡(luò)信息中心首次以第一或通訊作者的身份在Nature子刊上發(fā)表研究成果。

圖二 可變剪切衍生的潛在新抗原檢測

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