深入研究非編碼RNA的新工具
日期:2016-05-23 09:04:50
最近,加拿大多倫多大學Donnelly中心的一個研究小組,開發出了一種方法,可使科學家們能夠深入探索“ncRNAs在人類細胞內做了什么”。
這項研究發表在5月19日的《Molecular Cell》雜志,同一天,來自新加坡基因組研究所的Yue Wan研究組與斯坦福大學的Howard Chang研究組分別在《Molecular Cell》和《Cell》發表論文,他們開發出了類似的方法,研究不同生物中的RNAs。相關閱讀:清華張強鋒博士Cell發布RNA研究重要成果。
在人類基因組的30億個代碼中,只有百分之二的蛋白質編碼基因。基因被復制、轉錄成信使RNA(mRNA)分子,它們為構建細胞中的蛋白質提供了模板。剩余98%的基因組,最初被一些人認為缺乏功能的重要性。然而,大部分的非編碼基因組——在一半和三分之一之間,也被復制到RNA。
結果,所產生的ncRNAs可能做什么,取決于你問的是誰。一些研究人員相信,大多數ncRNAs沒有功能,它們只是制造mRNA的基因組轉錄機器的一個副產品。然而,近期有研究顯示,許多ncRNAs在基因調控中有重要作用。這種觀點也受到支持:一些ncRNAs作為“馬車”穿梭于細胞周圍的mRNAs間,或為其他蛋白質和RNA提供了一個支架,可以附著并執行它們的功能。
但是大多數可用的數據已經魚貫而來,或者也有偶爾發現。最近有新的證據表明,ncRNAs可能使疾病惡化,比如癌癥轉移(相關閱讀:在肝癌中發揮作用的ncRNA;上海交通大學權威期刊解析癌癥與非編碼RNA),迫切需要一種技術,能夠進行ncRNAs的系統功能分析。
Benjamin Blencowe研究組的博士生Eesha Sharma和博士后Tim Sterne-Weiler,共同開發了這種方法,Eesha Sharma說:“到目前為止,利用現有的方法,你必須知道你在尋找什么,因為它們都需要你有對感興趣的RNA有一些了解。我們這種方法的優勢在于,你不需要預選候選RNA,你就能看到在細胞中整體發生了什么,并使用這些信息來探討我們此前沒有見過的有趣事情,以及它們是怎樣影響生物學的。”
這種新工具叫做“LIGR-Seq”,可捕捉不同RNA分子之間的相互作用。當兩個RNA分子有相匹配的序列時,它們會像尼龍搭扣一樣粘在一起。然后,將成對的RNA結構從細胞移除,并采用最先進的測序方法進行分析,以精確地確定粘在一起的RNA。
Blencowe教授說:“生命科學界的大多數研究人員認為,我們迫切需要了解ncRNAs做了什么。這種技術將為深入了解ncRNA的功能,打開新的途徑。”
不必依賴于已有的知識,是這種方法的其中一個優勢,這將促進科學家發現從未見過的RNA對。另一種優勢在于,科學家首次可以觀察發生在活細胞內的RNA相互作用,而之前他們不得不依靠混雜在一起的不同細胞。這有點像,探索海洋生物學的方式,從沙灘上收集貝殼,演變到了在珊瑚礁中潛水,因為深海潛水的發現范圍要大的多。
ncRNAs有多種類別:有rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、piRNA、miRNA和lncRNA,僅舉幾例,前綴反映了RNA在細胞的位置或某些方面的功能。但事實是,沒有人真正知道這些ncRNAs控制細胞中到底發生了什么,也不知道它們如何做到的。Blencowe小組開發的新技術,能夠捕獲涉及所有類型RNA的新相互作用,并有了一些意想不到的發現。
該研究小組發現了小核仁RNA(snoRNA) 的新角色,它們通常指導其他ncRNAs的化學修飾。事實證明,一些snoRNA還可以調節一組蛋白質編碼mRNA的穩定性。這樣,snoRNA還可以直接影響哪些蛋白質被制造出來,以及它們的豐度,從而在細胞生物學中添加了一個新的控制水平。這僅僅是冰山一角,研究人員計劃進一步發展和應用他們的這項技術,在不同的設置中調查ncRNAs。
Blencowe表示:“我們希望了解ncRNAs在發育過程中是如何運作的。我們尤其感興趣的是,它們在神經細胞形成中所扮演的角色。但是,我們也會用這種方法,在人類疾病的背景下,發現和定位RNA-RNA相互作用的變化。”
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