隨著生物領域研究日漸深入，新加坡國立大學癌症科學研究所 (CSI Singapore) 的一組研究人員開發了一種新型軟體，可以幫助揭示 RNA 序列變化與癌症等疾病發展之間的關係。
CSI研究組編織出的RNA序列變化，來源：NUS Web
在新加坡國立大學Daniel Tenen教授和Henry Yang 博士的帶領下，科學家們設計了名為ModTect的新式計算軟體，可以使用來自臨床隊列研究中的測序數據，從而來識別 RNA 序列的變化。藉助ModTect，該團隊開展了新型泛癌研究，研究涵蓋了33種不同的癌症類型。研究中，科學家們發現這些 RNA 序列變化與癌症患者不同的生存率之間存在一定關聯。
概述
CSI新加坡研究副教授Henry Yang博士接受採訪時表示 「這項工作是為數不多的證明 mRNA 變化序列與癌症發展相關的研究之一。我們研究表明，顯性轉錄組在多種癌症類型的患者中出現了失調的現象，並且還與癌症進展和疾病生存率相關」。
同時，CSI 新加坡高級首席研究員 Tenen 教授表示 「在過去的十年中，人類基因組測序的能力已經改變了對正常過程和疾病（如癌症）的研究。我們預計，像這樣的研究，最終會導致完整的RNA序列變化，並直接影響檢測到的 RNA序列」。
該團隊的突破於 2021年8月4日發表在著名的科學期刊《科學進展》上。
CSI研究組官網，來源：CSI Singapore Web
RNA序列變化是什麼？
儘管大多數人都熟悉DNA，但RNA 在人體的細胞功能中扮同樣演著重要的角色。與大多數人熟悉的具有雙螺旋結構的DNA 不同，RNA 是一個單鏈分子家族，具有各種重要的生物學功能。
例如，有著信息傳遞功能的RNA (mRNA)可以傳遞不同蛋白質生產的遺傳信息。如果把DNA想像成一個裡面裝滿了關於如何製造不同蛋白質的說明的書籍龐大的圖書館。那麼，構成書籍內容的單詞序列中的每個字母就被稱為核苷酸，它們是用於存儲遺傳信息的小分子。為了確保遵循這些指令，mRNA會複製這些書籍，並將它們從存儲DNA的細胞核運送到核糖體。這些核糖體是合成蛋白質的「工廠」。如果沒有 RNA，那麼存儲在我們細胞中的寶貴遺傳指令將永遠不會被使用。
Dr. Henry Yang，來源：NUS CSI Web
而其他類型的RNA也同樣在執行其他重要功能。一些會幫助催化生化反應，就像酶一樣；而另一些則有著調節基因表現的功能。同時RNA有時會進行小的化學序列變化，並改變分子的功能和穩定性。對這些研究RNA序列變化及其影響的研究，業內統稱為「表觀轉錄組學」。過去的研究表明，阿爾茨海默病和癌症等疾病的發展與某些 RNA 變化序列之間存在聯繫。然而，儘管多次嘗試更深入地研究這些關聯，但在 CSI 新加坡的科學家取得這一突破之前，表觀轉錄組的研究已被證明是困難的。
從大樣本的患者序列中收集和處理患者樣本，是具有挑戰性的工作。檢測RNA序列變化通常涉及技術上複雜的過程，例如用難以獲得的化學品處理樣品。這些技術通常還需要使用在稀有條件下進行，並且難以獲得的大量樣品。因此，科學家們在建立特定RNA 序列變化與各種人類疾病之間關係的能力方面受到多重限制。
CSI研究組科研人員，來源：CSI Singapore Web
軟體使表觀轉錄組學研究更容易
CSI新加坡團隊創建的軟體，使用了其他大型臨床隊列研究中可用的RNA序列。為了檢測這些 RNA 序列中的變化，ModTect會適宜得尋找錯配信號和缺失信號。當科學家用來將RNA轉回DNA的實驗酶在測序過程中摻入隨機核苷酸時，錯配信號就會出現。而另一方面，酶在跳過序列的一部分時，有時會刪除信號。這些信號被統稱為「錯誤摻入信號」。與其他模型不同，ModTect不需要通過與不同類型的RNA序列變化，從而找尋相對應的錯誤摻入信號譜資料庫來識別或分類它們。ModTect甚至可以有能力識別與以前記錄的完全不同的新信號配置文件。
Prof. Daniel G. Tenen，來源：NUS CSI Web
通過將該軟體應用於大約11,000名癌症患者RNA序列測序數據集，CSI新加坡團隊藉此便能夠開展一項新研究。調查 RNA 序列變化與患者臨床結果之間的關聯。ModTect能夠利用這些大型數據集並通過強大的統計過濾處理它們。統計的結果揭示了某些類型的表觀轉錄組與患者的癌症進展和生存結果之間的聯繫。這一發現揭露出了RNA序列變化作為生物標誌物的潛在用途——可用於檢測疾病的分子。
揭開序列差異可逃脫檢測之謎
如前所述，將遺傳信息從細胞核中的DNA，傳遞到細胞核糖體的RNA分子，是一個關鍵過程。然而，這種傳輸過程並不完美，會導致RNA-DNA序列的差異。這些不匹配的位點已被廣泛記錄在先前的研究中。然而，尚不清楚這些觀察結果是否由mRNA的序列變化引起，以及為什麼這些位點無法通過Sanger 測序（最流行的 DNA 測序方法之一）檢測到。
CSI 新加坡的小組在研究中，發現了一個潛在的解釋，解釋了為什麼這些RNA修飾信號多年來一直無法檢測到。CSI小組解釋了一些表觀轉錄組如何阻礙標準逆轉錄酶 (RT) 的使用，該酶用於將RNA轉化為 DNA。同時，這種酶被科學家用於基因組測序，它的使用是實驗成功的最關鍵步驟之一。因此，具有這些阻礙修飾的RNA會在Sanger測序技術中的代表性不足，從而逃避檢測。
為了解決這個問題，CSI團隊使用了新開發的RT 酶，這些酶以其繞過這些序列變化位點影響的能力而聞名。這使他們能夠觀察到最初用Sanger測序無法檢測到的表觀轉錄組。表觀轉錄組學仍然是一個新興且快速發展的領域，迄今為止已檢測到大約 170 種RNA序列變化。通過利用ModTect，Tenen教授和他的團隊能夠為人類疾病（如癌症）與此類 RNA 序列變化之間的關係提供新的見解。該軟體將在 Github 上公開供其他科學家使用。該團隊希望他們的貢獻將有助於進一步研究，確定RNA序列變化與腫瘤形成之間的任何潛在因果關係或機制。
