Over 95% of human genes undergo alternative splicing (AS) in a developmental, tissue-specific, or signal transduction-dependent manner. A number of factors including binding of cis-acting sequences by RNA-binding proteins (RBPs) are known to affect AS, but the combinatorial mechanisms leading to the distribution of spliced isoforms remain largely unstudied. Here, in 9011 samples from 532 individuals across 53 tissues from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) resource, we identified 4,135 genes with sex-biased expression and 5,925 sex-biased AS events. We find that factors including escape from X-chromosomal inactivation, presence of Alu elements, and estrogen receptor binding sites affect sex-biased AS. We utilize hierarchical Bayesian modeling to characterize the interactions of exon skipping, gene expression, and RBPs, and demonstrate two categories of sex-biased AS that differ with respect to splice site scores, gene expression, RBP levels, and skipping/inclusion ratio.

The regulation of mRNA controls both overall gene expression as well as the distribution of mRNA isoforms encoded by the gene. Current algorithmic approaches focus on characterization of significant differential expression or alternative splicing events or isoform distribution without integrating both events. Here, we present Hierarchical Bayesian Analysis of Differential Expression and ALternative SPlicing (HBA-DEALS), which simultaneously characterizes differential expression and splicing in cohorts. HBA-DEALS attains state of the art or better performance for both expression and splicing, and allows genes to be characterized as having differential gene expression (DGE), differential alternative splicing (DAST), both, or neither. Based on an analysis of Genotype-Tissue Expression (GTEx) data we demonstrate the existence of sets of genes that show predominant DGE or DAST across a comparison of 20 tissue types, and show that these sets have pervasive differences with respect to gene structure, function, membership in protein complexes, and promoter architecture.