RNA-sekventering i Framingham Heart Study Third Generation Cohort Exam 2

RNA-sekventering (RNA-seq) er et kraftfuldt værktøj til at evaluere transkriptomet med en utrolig dybde og klarhed. Sammenlignet med genekspressionsarrays tillader RNA-seq identifikation og kvantificering af et større sæt af kendte transkripter (herunder lange ikke-kodende RNA'er [lncRNA'er]), nye transkripter, alternative splejsningshændelser og allelspecifik ekspression (inklusive forældre- allelspecifik ekspression af oprindelse); alle med et langt højere signal-til-støj-forhold sammenlignet med genekspressionsprofilering via mikroarrays. Relationerne mellem disse transkriptomiske træk og sundhed og sygdom i meget store befolkningsundersøgelser er underudforsket. Det er vores overbevisning, at dette foreslåede projekt vil identificere nye biomarkører for sygdomsrisiko og give indsigt i sygdomspatogenese. Framingham Heart Study (FHS) er unikt egnet til at udføre RNA-seq på grund af rigdommen af ​​eksisterende fænotyperessourcer sammen med data fra hele genomsekvensen (WGS) fra TOPMed og methylomic data, data og andre omics data, der kan udnyttes ekstremt lave omkostninger for at maksimere virkningen af ​​en investering i RNA-seq.

Fremkomsten af ​​high-throughput RNA-seq-teknologi har revolutioneret transkriptomisk profilering i et hidtil uset omfang, hvilket har ført til opdagelsen af ​​nye RNA-arter og uddybet vores forståelse af transkriptomisk dynamik. Sammenlignet med mikroarray-baseret RNA-profilering er RNA-seq værdsat for dets evne til at afsløre kompleksiteten af ​​transkriptomet, der omfatter hidtil ukendte kodende og lncRNA-arter, nye transskriberede regioner, alternativ splejsning, allelspecifik ekspression og fusionsgener. Dette projekt foreslår at bygge videre på og udvide arbejdet udført ved hjælp af genekspressionsarrays i FHS ved at undersøge komplekse transkriptomiske træk, der ikke kan bestemmes ved hjælp af mikroarray-baserede ekspressionsdata.

I dette forslag fokuserer vi på ekspressionsniveauer af proteinkodende RNA'er, lncRNA'er, alternativ splejsning og allelspecifik ekspression. Der er ~18.000 mRNA-transkripter på genniveauet for proteinkodende RNA'er. Alternativ splejsning er en stramt reguleret proces, der producerer forskellige mRNA-isoformer fra gener, der indeholder flere exoner. En vigtig anvendelse af RNA-seq er at detektere selv subtile forskelle i exonsplejsning. lncRNA'er er ikke-proteinkodende transkripter længere end 200 nukleotider og har været impliceret i mange biologiske processer. For eksempel påvirker nogle lncRNA'er ekspressionen af ​​nærliggende proteinkodende gener, nogle kan binde til enzymer, der regulerer transkriptionsmønstre, og andre lncRNA'er er forløbere for små RNA'er. En række beregningsmetoder er blevet udviklet til at detektere alternativ splejsning og lncRNA'er fra RNA-seq-data. Identifikation af alternativ splejsning og lncRNA'er vil blive standardiseret på tværs af TOPMed undersøgelser, og vi vil udføre analyser på centralt kaldede splejsningsdata såvel som lncRNA'er. Allel-specifik ekspression (ASE), som ikke kan måles ved hjælp af mikroarrays, tillader differentiering mellem transkripter fra de to haplotyper af et individ på heterozygote steder. ASE muliggør en mere granulær forståelse af, hvordan en sygdomsrelateret genotype påvirker genekspression. ASE er blevet forbundet med human sygdom i små prøvesæt, men er ikke blevet undersøgt fuldt ud i store populationer. Standard

bioinformatiske værktøjer er blevet udviklet til at studere ASE. Derudover vil det med TOPMed WGS-data om forældre fra FHS Offspring-kohorten være muligt at studere forældre-af-oprindelse ASE, hvilket fremmer vores evne til at dissekere faktorer, der bidrager til den transgenerationelle arv af kardiometabolisk sygdom.

I denne ansøgning foreslår vi at udvide undersøgelsen af ​​transkriptomik i FHS tredje generations kohorteeksamen 2 deltagere. Formålet med at udføre RNA-seq i FHS tredje generations kohorte afspejler og udvider dem for vores originale mikroarray-baserede genekspressionsprofilering. Specifikt vil vi undersøge sammenhængen mellem kompleks transkriptomisk variation til: 1) kardiometaboliske sygdomsudfald, 2) genetisk sekvensvariation og 3) flere lag af omiske data (Mål 1-3). Med de foreslåede RNA-seq-data vil efterforskere såvel som det generelle videnskabelige samfund (via dbGaP-adgang) have evnen til at studere transkriptomik fra forskellige perspektiver ved altid at udnytte eksisterende ressourcer til at fremme den videnskabelige værdi af dette projekt. For at maksimere investeringsafkastet vil sekventering blive udført af et udpeget TOPMed RNA-seq laboratorium, og formålene med dette projekt vil blive koordineret med andre

TOPMed undersøgelser, der udfører RNA-seq.