RNA修饰隐藏的神秘调控
Epitranscriptome analysis这个名称是由希腊语“epi”作为前缀,指的就是除开已知功能或遗传性,任何添加到核苷酸上的修饰。几十年来,科学家们几乎都没有注意到RNA修饰,因为早在上个世纪60年代和70年代RNA上的标记就被发现了,但是大家只关注于tRNA和rRNA,以及DNA上的表观遗传修饰。
但随着科学家们发现了出现在所有RNA种类中的化学标记,动态添加或者去除这些标记的“Reader写手”和“Eraser橡皮擦”,重新点燃了对RNA修饰的兴趣。例如,从腺嘌呤上去除一个甲基基团的酶,与阿尔茨海默症患病风险之间的关联,表明了这种修饰在神经健康方面扮演了重要调节作用。
由此表观转录组学越来越受到科学家们的重视,成为了近来兴起的热门领域之一。迄今为止,在RNA上已发现了170多种化学修饰[1]。这些修饰大量分布在非编码RNA(ncRNA),特别是rRNA, tRNA和snRNA上,为ncRNA在翻译与剪接中发挥正常功能所必需。令人兴奋的是,研究人员发现m6A(N6-methyladenosine),m1A(N1-methyladenosine),m5C(5-methylcytidine),hm5C(5-hydroxylmethylcytidine),I(inosine)以及ψ(pseudouridine)等化学修饰也分布在真核生物mRNA上,影响mRNA的代谢与功能。特别是伴随着许多mRNA修饰酶(Writer)、去修饰酶(Eraser)和修饰识别蛋白(Reader)的新发现,mRNA化学修饰的可逆变化与动态调控重新激起了研究人员的兴趣。
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RNA 修饰领域最重要的成就
对于迄今为止RNA修饰领域最重要的成就,康奈尔大学Samie R. Jaffrey教授认为,“第一个用于绘制 m6A全转录组方法可能是表观转录组学领域中最重要的事件,现在已经被复制用于其他几种核苷酸修饰。 在全转录组作图之前,通过使用质谱法或其他分析测量检测水解 RNA 中修饰的核苷酸,发现修饰的核苷酸。这些方法是模棱两可的,尤其是对于低丰度的修饰:即使你有一个高纯度的 mRNA 制剂,你还是担心微量的污染转移 RNA (tRNA) 或核糖体 RNA (rRNA) 可能是修饰的来源。这使得很难确定修饰的核苷酸是否来自 mRNA。”
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如何研究RNA修饰
从目前的研究成果来看,表观转录组影响深远,是作为将可塑性叠加在其他基因组上连线转录组上的一种手段。表观转录组“代码”不仅可以启用或增强 RNA 催化或 RNA 依赖性反应中的特定化学反应,还可以改变 RNA 结构-功能关系,从而以时空和信号依赖性方式提供额外的基因调控层。
然而,表观转录组的功能研究落后于表观基因组的功能研究,这是因为缺乏可以在转录组范围内检测这些表观转录组标记的灵敏且稳健的技术。研究表观转录组存在几个主要挑战。首先,大多数 RNA 修饰不能通过高通量测序直接检测到。因为对 RNA 的化学修饰通常不会改变修饰碱基的碱基配对特性,逆转录 (RT) 将简单地擦除这些修饰,并使它们与常规 RNA 碱基无法区分。其次,虽然 rRNA、tRNA 和 snRNA 很丰富,但其他类型的RNA,例如 mRNA 和长链非编码 RNA (lncRNA),丰度可能较低。第三,缺乏现有的计算工具来促进从测序数据识别修饰位点的能力。
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