RNA修飾隱藏的神秘調控
Epitranscriptome analysis這個名稱是由希臘語“epi”作為前綴,指的就是除開已知功能或遺傳性,任何添加到核苷酸上的修飾。幾十年來,科學家們幾乎都沒有注意到RNA修飾,因為早在上個世紀60年代和70年代RNA上的標記就被發現了,但是大家只關注于tRNA和rRNA,以及DNA上的表觀遺傳修飾。
但隨著科學家們發現了出現在所有RNA種類中的化學標記,動態添加或者去除這些標記的“Reader寫手”和“Eraser橡皮擦”,重新點燃了對RNA修飾的興趣。例如,從腺嘌呤上去除一個甲基基團的酶,與阿爾茨海默癥患病風險之間的關聯,表明了這種修飾在神經健康方面扮演了重要調節作用。
由此表觀轉錄組學越來越受到科學家們的重視,成為了近來興起的熱門領域之一。迄今為止,在RNA上已發現了170多種化學修飾[1]。這些修飾大量分布在非編碼RNA(ncRNA),特別是rRNA, tRNA和snRNA上,為ncRNA在翻譯與剪接中發揮正常功能所必需。令人興奮的是,研究人員發現m6A(N6-methyladenosine),m1A(N1-methyladenosine),m5C(5-methylcytidine),hm5C(5-hydroxylmethylcytidine),I(inosine)以及ψ(pseudouridine)等化學修飾也分布在真核生物mRNA上,影響mRNA的代謝與功能。特別是伴隨著許多mRNA修飾酶(Writer)、去修飾酶(Eraser)和修飾識別蛋白(Reader)的新發現,mRNA化學修飾的可逆變化與動態調控重新激起了研究人員的興趣。
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RNA 修飾領域最重要的成就
對于迄今為止RNA修飾領域最重要的成就,康奈爾大學Samie R. Jaffrey教授認為,“第一個用于繪制 m6A全轉錄組方法可能是表觀轉錄組學領域中最重要的事件,現在已經被復制用于其他幾種核苷酸修飾。 在全轉錄組作圖之前,通過使用質譜法或其他分析測量檢測水解 RNA 中修飾的核苷酸,發現修飾的核苷酸。這些方法是模棱兩可的,尤其是對于低豐度的修飾:即使你有一個高純度的 mRNA 制劑,你還是擔心微量的污染轉移 RNA (tRNA) 或核糖體 RNA (rRNA) 可能是修飾的來源。這使得很難確定修飾的核苷酸是否來自 mRNA。”
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如何研究RNA修飾
從目前的研究成果來看,表觀轉錄組影響深遠,是作為將可塑性疊加在其他基因組上連線轉錄組上的一種手段。表觀轉錄組“代碼”不僅可以啟用或增強 RNA 催化或 RNA 依賴性反應中的特定化學反應,還可以改變 RNA 結構-功能關系,從而以時空和信號依賴性方式提供額外的基因調控層。
然而,表觀轉錄組的功能研究落后于表觀基因組的功能研究,這是因為缺乏可以在轉錄組范圍內檢測這些表觀轉錄組標記的靈敏且穩健的技術。研究表觀轉錄組存在幾個主要挑戰。首先,大多數 RNA 修飾不能通過高通量測序直接檢測到。因為對 RNA 的化學修飾通常不會改變修飾堿基的堿基配對特性,逆轉錄 (RT) 將簡單地擦除這些修飾,并使它們與常規 RNA 堿基無法區分。其次,雖然 rRNA、tRNA 和 snRNA 很豐富,但其他類型的RNA,例如 mRNA 和長鏈非編碼 RNA (lncRNA),豐度可能較低。第三,缺乏現有的計算工具來促進從測序數據識別修飾位點的能力。
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