RNA，曾經被認為是DNA和蛋白質之間的一個“中間人”，現在被公認為是一個階段，許多調控過程可以在這個階段上進行，以允許基因表達的靈活性，從而使細胞和組織發揮功能。

最近在《Plant Cell》雜志上發表的一項新研究中，賓夕法尼亞大學的生物學家使用來自人類和植物的材料，檢測信使RNA（mRNA）的化學修飾，發現這些修改似乎在“mRNAs生存并被翻譯成蛋白質、或被靶定用以降解”的過程中，發揮重要作用。延伸閱讀：植物細胞核內RNA調控模式被確定。

他們的分析還發現，編碼應激反應相關蛋白質的基因，比其他mRNA分子更可能被修改，表明這些修改可能提供了一種機制，在面對環境變化時，生物體通過這種機制動態地做出響應。

這項研究是由賓夕法尼亞大學藝術與科學學院生物學系的助理教授Brian D. Gregory及其實驗室的研究生Lee E. Vandivier指導完成。共同作者還包括Gregory實驗室的Rafael Campos和Ian M. Silverman、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的Pavel P. Kuksa和Li-San Wang。

生物體中存在的所有RNA序列被稱為轉錄組；在這項研究中，研究人員想要檢測表觀轉錄組學（epitranscriptome），或可能影響基因表達的RNA分子序列的修飾。

Gregory開創了一些新技術來研究RNA是如何調節的，包括一種方法，稱為PIP-seq，可識別與RNA結合蛋白相互作用的位點。在這項研究中，他和Vandivier及同事們，使用Gregory和Wang共同設計的另一種技術——HAMR，用于修飾的核苷酸的高通量注釋。該方法允許RNA分子中的核苷酸識別，它們自DNA轉錄后就已被修改。

Gregory說：“隨著這些變化，你增加了一個RNA分子可能具有的潛在化學性質。不是只有A、C、U和G，你有幾乎所有你可能想到的變異。”

早期的研究發現了100多個這種類型的共價修飾，主要是存在于不編碼蛋白質的RNA分子中，如轉移RNA和核糖體RNA。

然而，在這項研究中，研究人員想要研究信使RNA上的修飾，負責將一段特定核苷酸序列翻譯成特定氨基酸序列、用以構建蛋白質的瞬時分子。

使用HAMR技術，該研究小組調查了兩個人類細胞系以及未成熟的擬南芥（典型的植物模式生物）花蕾的表觀轉錄組。他們特別尋求那些改變Watson-Crick堿基配對邊緣、或負責mRNA堿基配對能力的邊緣的修飾。

他們從早期的研究中收集了三個不同的RNA庫，并對此進行了HAMR分析：一種是由小RNA組成，一種是聚腺苷酸RNA，被認為是穩定的，一種是處于降解過程的RNA。

在這三種RNA文庫中，他們發現，與其他兩個RNA文庫相比，降解mRNA文庫有修飾的優勢，從而表明修飾會引起降解，也可能是降解的一個后果。

Gregory說：“人們可能不考慮這些修飾，因為他們不考慮降解的RNA分子。但我們應該考慮，因為降解一個RNA分子是你如何調節它。當你想停止制造一個蛋白質時，你就會降解mRNA。”

在穩定的RNA分子中，研究人員發現，這些類型的修飾往往存在于選擇性剪接區域。Vandivier說：“我們看到很多修飾，正好位于內含子中這些元素的上面，對于剪接是必要的。從理論上講，這些修飾可能會搞亂剪接機制。這是我們想進一步探討的問題，因為選擇性剪接可能在許多人類疾病中發揮作用。”

作為最后的測試，該研究團隊進行了一項分析，以探究哪種基因特別富含在這些修飾中，并將它們與全部表達的mRNA轉錄本進行比較。Vandivier說：“我們看到這個區域富集了應激反應以及細胞周期調控和細胞凋亡相關的基因。”這表明，在人類和植物中的這些修飾，與一些基因相關，這些基因必須被嚴格調控，并在適當的時候被標記用以降解。

研究人員指出，他們的研究結果雖然有啟發性，但是當涉及到“用高通量和計算技術研究RNA調控”的時候，它只是代表了冰山的一角。Vandivier說：“一個簡單的RNA文庫可能包含多個隱藏層。有了這些新的高科技手段，我們就有了挖掘數據的方式，我們已經找到了更多的信息。”

Gregory說：“這項研究是重要的計算機輔助分析在生物科學領域中應用的一個很好例子。”在目前進行的研究中，該研究團隊正在嘗試確定這些修飾是如何產生的，它們是被靶定用于降解的mRNA分子的原因還是結果？并進一步探討它們的功能性影響。