4月17日，研究所郝沛課題組和中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李軒課題組合作，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Genome Biology發(fā)表了題為DeepEdit: single-molecule detection and phasing of A-to-I RNA editing events using nanopore direct RNA sequencing的研究論文。該研究利用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，訓(xùn)練構(gòu)建了轉(zhuǎn)錄組RNA的A>I 編輯識(shí)別的深度學(xué)習(xí)算法：DeepEdit。這項(xiàng)成果是國(guó)際上首次直接對(duì)轉(zhuǎn)錄組RNA測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行單分子水平的A>I編輯檢測(cè)及對(duì)編輯事件的相位分析，為轉(zhuǎn)錄組直接測(cè)序鑒定RNA編輯和研究RNA編輯功能提供了全新的技術(shù)方法。

　　A>I 的RNA編輯是動(dòng)物中最常見的RNA修飾方式，在轉(zhuǎn)錄后層面調(diào)控RNA的結(jié)構(gòu)和功能。在編輯過(guò)程中，腺嘌呤被脫氨酶作用轉(zhuǎn)化為次黃嘌呤。由于次黃嘌呤在翻譯過(guò)程中被識(shí)別為鳥嘌呤，因此A>I的RNA編輯可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)序列的變化。當(dāng)前，通過(guò)二代測(cè)序的短讀測(cè)序分析cDNA（由RNA逆轉(zhuǎn)錄獲得）的單核苷酸變異是檢測(cè)RNA的 A>I修飾的主要方法。然而，這種方法存在諸多不足，包括無(wú)法確定編輯堿基的相位信息、短讀長(zhǎng)度導(dǎo)致的假陽(yáng)性編輯位點(diǎn)以及計(jì)算復(fù)雜度高、難以解釋RNA編輯與其他轉(zhuǎn)錄后調(diào)控事件（如可變剪接）之間的關(guān)系。 

　　本研究針對(duì)RNA最常見A>I的RNA編輯，利用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，建立轉(zhuǎn)錄組 A>I編輯的識(shí)別定量模型。研究人員利用裂殖酵母材料，包括野生型和轉(zhuǎn)化人源ADAR2酶的實(shí)驗(yàn)型，通過(guò)二代測(cè)序篩選高置信度的A>I編輯位點(diǎn)，比較位點(diǎn)上的高豐度A>I事件（實(shí)驗(yàn)型）和無(wú)修飾（野生型）的信號(hào)特征。基于特異性堿基錯(cuò)配模型對(duì)樣本進(jìn)行標(biāo)注，分離提取編輯堿基與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)特征。使用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行訓(xùn)練，建立了識(shí)別RNA A>I編輯修飾結(jié)構(gòu)的信號(hào)識(shí)別模型和分析工具（DeepEdit）。 

　

圖例：A>I編輯對(duì)納米孔測(cè)序讀段特征的影響 

　　DeepEdit是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法模型，可以在單分子水平上檢測(cè)和分析RNA編輯事件，并解決轉(zhuǎn)錄本上RNA編輯事件的相位問(wèn)題。它可以識(shí)別A>I編輯事件，并且具有高度的準(zhǔn)確性和魯棒性。DeepEdit模型可以應(yīng)用于酵母和人類等多物種的納米孔R(shí)NA測(cè)序數(shù)據(jù)，有望在RNA研究領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)我們對(duì)影響人類健康的疾病相關(guān)發(fā)生機(jī)制的研究。 

　

圖例：DeepEdit在單個(gè)Nanopore測(cè)序讀段中識(shí)別A>I RNA編輯事件 

　　中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳龍現(xiàn)、荊新云，研究所歐亮，西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院孔藝萌為本文的共同第一作者。研究所郝沛研究員和中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李軒研究員為共同通訊作者。該研究工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院先導(dǎo)項(xiàng)目的支持。 

　　

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