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上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院沈鍵鋒團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心交我算團(tuán)隊(duì)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(yù)測(cè)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(shí)別癌癥新抗原及潛在治療新靶點(diǎn)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(yán)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)。混合測(cè)序策略是以三代測(cè)序數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)和重點(diǎn)，將三代測(cè)序長(zhǎng)讀段與高質(zhì)量二代測(cè)序短讀段數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，充分利用兩個(gè)技術(shù)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，是目前全局精準(zhǔn)檢測(cè)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(jī)制和功能方面付出了巨大努力，但我們對(duì)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(xué)功能。AlphaFold是一種深度學(xué)習(xí)算法，在預(yù)測(cè)氨基酸序列的3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上獲得了很高的準(zhǔn)確度。這項(xiàng)重大進(jìn)展對(duì)蛋白質(zhì)功能的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

在此項(xiàng)工作中，研究人員建立混合測(cè)序分析平臺(tái)，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(cè)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(gè)未經(jīng)注釋的高頻（出現(xiàn)于10個(gè)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(gè)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(gè)潛在新抗原（圖二）。該項(xiàng)研究是混合測(cè)序策略在識(shí)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(shí)，這也是首次使用AlphaFold系統(tǒng)全面預(yù)測(cè)葡萄膜黑色素瘤中可變剪切異構(gòu)體的3D結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)研究也為基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)新抗原和潛在藥物新靶點(diǎn)提供了理論依據(jù)。

圖一 該項(xiàng)研究的技術(shù)路線

交我算團(tuán)隊(duì)專注于提供學(xué)科融合服務(wù)，幫助全校課題組有效利用高性能計(jì)算、AI計(jì)算和云計(jì)算等強(qiáng)大計(jì)算資源。團(tuán)隊(duì)由30多人組成，來(lái)自物理、化學(xué)、生物、材料等多個(gè)學(xué)科，致力于全校科研計(jì)算交叉與創(chuàng)新。學(xué)科融合服務(wù)包含三項(xiàng)：優(yōu)化代碼以提高科研團(tuán)隊(duì)的計(jì)算效率，開發(fā)軟件以滿足不同的學(xué)科和研究需求，以及深度參與到科研項(xiàng)目中，與科研團(tuán)隊(duì)共同推進(jìn)科研項(xiàng)目的進(jìn)展。本次科研成果中，交我算團(tuán)隊(duì)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(cè)

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