中國學者發表Nature Methods綜述:表觀轉錄組分析新技術
日期:2017-01-03 09:09:41
12月29日的Nature Methods雜志公布了2016年度技術:Epitranscriptome analysis(表觀轉錄組分析),來自北京大學生命科學學院的伊成器研究員受邀發表了題為“Epitranscriptome sequencing technologies: decoding RNA modifications”的綜述,介紹了真核生物mRNA上已知的幾種主要修飾的檢測技術,并對目前表觀轉錄組分析技術存在的挑戰及未來的發展方向進行了展望。
伊成器早年畢業于中國科學技術大學化學系,2012年入選“青年千人計劃”,今年榮獲了國家自然科學基金委優秀青年科學基金項目。其研究組主要致力于DNA/RNA修飾及去修飾的生物學通路、功能和機制研究。去年這一研究組也在Nature Methods發文,報道了一種通過化學標記和富集手段,首次實現了免亞硫酸氫鹽處理(bisulfite-free)的5-醛基胞嘧啶(5fC)單堿基分辨率、全基因組水平測序。
表觀轉錄組學(epitranscriptomics,又稱“RNA表觀遺傳學”)是近年來興起的前沿科研領域。目前已知的轉錄后修飾已有一百多種,并且這當中許多修飾都能夠參與真核生物基因表達的調控。在表觀轉錄組學的研究當中,RNA修飾全轉錄組水平檢測技術的發展至關重要。
在這篇綜述中,伊成器等人對于真核生物mRNA上已知的幾種主要修飾(包括N6-methyladenosine,N6,2’-O-dimethyladenosine, 5-methylcytidine, 5-hydroxylmethylcytidine, inosine, pseudouridine andN1-methyladenosine)的檢測技術進行了綜述,探討了用于描述這些表觀轉錄組標記的測序技術,比如規模,分辨率,定量特征,預富集能力和相應的生物信息學工具。同時也針對不同檢測技術和RNA生物學新方法進行了選擇指導,最后對目前表觀轉錄組分析技術存在的挑戰及未來的發展方向進行了展望。
本期Nature Methods的主要內容圍繞年度技術:表觀轉錄組分析(Epitranscriptome analysis),詳情見:2016年的年度技術是什么?Nature Methods最新公布。其中也提及了伊成器研究組在該領域發表的兩項化學生物學新技術。其中一篇是報道了一種通過化學標記和富集手段實現全轉錄組水平上假尿嘧啶RNA修飾的單堿基分辨率測序技術CeU-Seq,并繪制了人和小鼠細胞轉錄組中假尿嘧啶RNA修飾的譜圖。
研究人員為了研究哺乳動物轉錄組中的假尿嘧啶修飾,首先利用高分辨質譜對mRNA中的假尿嘧啶修飾進行定量,發現其廣泛存在于各種細胞系及小鼠的組織當中,并且在哺乳動物mRNA中豐度相當高。該研究繼而通過化學生物學、高通量測序等手段,發展了“CeU-Seq”—一種利用小分子化合物實現特異性標記與富集的假尿嘧啶高通量測序技術。利用這一技術,該研究成功實現了人細胞系以及小鼠(大腦與肝臟組織)全轉錄組水平的單堿基分辨率假尿嘧啶檢測,發現在數千個mRNA與長非編碼RNA(lncRNA)上都含有假尿嘧啶修飾。
這項研究進一步確定了多個可以作用于mRNA上的假尿嘧啶合成酶(其中PUS1、DKC1兩種酶之前被發現與線粒體肌病、先天性角化不良等人類疾病相關),并且發現轉錄組中假尿嘧啶的含量與分布均會受到各種環境刺激的調控,呈現出“刺激條件特異性”的誘導修飾。因此,該研究不但揭示了假尿嘧啶的廣泛存在、繪制了轉錄組中假尿嘧啶RNA修飾的高清譜圖,也為這一轉錄后修飾參與基因表達調控的研究提供了重要工具、為近年來興起的“RNA表觀遺傳學”領域提供了新的研究方向。