Sequenziamento dell'RNA nell'esame di coorte di terza generazione del Framingham Heart Study 2

Il sequenziamento dell'RNA (RNA-seq) è un potente strumento per valutare il trascrittoma con incredibile profondità e chiarezza. Rispetto agli array di espressione genica, l'RNA-seq consente l'identificazione e la quantificazione di un insieme più ampio di trascritti noti (inclusi RNA lunghi non codificanti [lncRNA]), nuovi trascritti, eventi di splicing alternativi ed espressione allele-specifica (inclusi i geni parent- espressione allele-specifica di origine); il tutto con un rapporto segnale-rumore notevolmente più elevato rispetto alla profilazione dell'espressione genica tramite microarray. Le relazioni di queste caratteristiche trascrittomiche con la salute e la malattia in studi di popolazione molto ampi sono sottoesplorate. Riteniamo che questo progetto proposto identificherà nuovi biomarcatori del rischio di malattia e fornirà approfondimenti sulla patogenesi della malattia. Il Framingham Heart Study (FHS) è particolarmente adatto per condurre RNA-seq a causa della ricchezza di risorse fenotipiche esistenti in combinazione con i dati della sequenza dell'intero genoma (WGS) da TOPMed e dati metilomici, dati e altri dati omici che possono essere sfruttati a un livello estremamente elevato basso costo per massimizzare l'impatto di un investimento in RNA-seq.

L'avvento della tecnologia RNA-seq ad alto rendimento ha rivoluzionato il profilo trascrittomico su una scala senza precedenti, portando alla scoperta di nuove specie di RNA e approfondendo la nostra comprensione delle dinamiche trascrittomiche. Rispetto alla profilazione dell'RNA basata su microarray, l'RNA-seq è apprezzato per la sua capacità di rivelare la complessità del trascrittoma, che comprende codifica precedentemente sconosciuta e specie lncRNA, nuove regioni trascritte, splicing alternativo, espressione allele-specifica e geni di fusione Questo progetto propone sviluppare ed estendere il lavoro condotto utilizzando array di espressione genica nell'FHS esaminando complesse caratteristiche trascrittomiche che non possono essere determinate utilizzando dati di espressione basati su microarray.

In questa proposta ci concentriamo sui livelli di espressione di RNA codificanti proteine, lncRNA, splicing alternativo ed espressione allele-specifica. Esistono ~ 18.000 trascrizioni di mRNA a livello genico per RNA codificanti proteine. Lo splicing alternativo è un processo strettamente regolato che produce diverse isoforme di mRNA da geni che contengono più esoni. Una delle principali applicazioni di RNA-seq è rilevare anche sottili differenze nello splicing dell'esone. Gli lncRNA sono trascritti codificanti non proteici più lunghi di 200 nucleotidi e sono stati implicati in molti processi biologici. Ad esempio, alcuni lncRNA influiscono sull'espressione dei geni codificanti proteine ​​​​vicini, alcuni possono legarsi agli enzimi che regolano i modelli di trascrizione e altri lncRNA sono precursori di piccoli RNA. Sono stati sviluppati numerosi metodi computazionali per rilevare splicing alternativo e lncRNA dai dati RNA-seq. L'identificazione di splicing alternativo e lncRNA sarà standardizzata attraverso gli studi TOPMed e condurremo analisi su dati di splicing centralmente chiamati così come su lncRNA. L'espressione allele-specifica (ASE), che non può essere misurata utilizzando microarray, consente la differenziazione tra trascrizioni dai due aplotipi di un individuo nei siti eterozigoti. ASE consente una comprensione più granulare di come un genotipo correlato alla malattia influisce sull'espressione genica. L'ASE è stato collegato alla malattia umana in piccoli gruppi di campioni, ma non è stato esaminato completamente in grandi popolazioni. Standard

strumenti di bioinformatica sono stati sviluppati per studiare ASE. Inoltre, con i dati TOPMed WGS sui genitori della coorte FHS Offspring, sarà possibile studiare l'ASE del genitore di origine, migliorando così la nostra capacità di sezionare i fattori che contribuiscono all'eredità transgenerazionale della malattia cardiometabolica.

In questa applicazione, proponiamo di estendere l'indagine sulla trascrittomica nei partecipanti all'esame di coorte FHS di terza generazione 2. Gli obiettivi di condurre l'RNA-seq nella coorte FHS di terza generazione rispecchiano ed estendono quelli della nostra profilazione dell'espressione genica basata su microarray originale. Nello specifico, esamineremo l'associazione della variazione trascrittomica complessa a: 1) esiti di malattie cardiometaboliche, 2) variazione della sequenza genetica e 3) strati multipli di dati omici (obiettivi 1-3). Con i dati RNA-seq proposti, i ricercatori e la comunità scientifica generale (tramite accesso dbGaP) avranno la possibilità di studiare la trascrittomica da diverse prospettive sfruttando sempre le risorse esistenti per far avanzare il valore scientifico di questo progetto. Per massimizzare il ritorno sull'investimento, il sequenziamento sarà eseguito da un laboratorio TOPMed RNA-seq designato e gli obiettivi di questo progetto saranno coordinati con altri

Gli studi TOPMed che stanno conducendo RNA-seq.