清华大学青年博导Nature子刊发布技术突破

　　

生物通报道  来自清华大学的研究人员报告称，他们开发出了一个专门针对核糖体分析（ribosome profiling）数据的分析管道Xtail，其适用于全基因组评估mRNA差异性翻译。这一研究成果发布在4月4日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

领导这一研究的是清华大学生命科学学院的研究员、博士生导师杨雪瑞（Xuerui Yang），其目前的研究集中于转录后及转译相关的调节机理及其在肿瘤发生中的作用。

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一个蛋白质编码基因表达涉及多个紧密调控的步骤，包括DNA转录、转录后RNA加工、信使RNA(mRNA)翻译和翻译后加工。以往的基因表达调控研究很大程度上都将焦点放在翻译之前的调控水平上，例如DNA和染色质水平上的表观遗传调控、转录、RNA加工及衰减等。然而，从整体角度看，蛋白质的丰度只在部分程度上受控于转录或mRNA丰度，人们日益认识到mRNA翻译是基因表达调控的另一个主要因素。研究已证实，翻译调控异常与各种各样的细胞生理异常、障碍和疾病有关联。

整体定量评估mRNA翻译一直滞后于基因组和转录组分析，直至近期核糖体分析取得了一些突破性的进展。核糖体分析是一种对核糖体保护的mRNA片段进行深度测序的方法。这些片段的纯化和测序提供了在特定时间点细胞内活跃的核糖体“快照”。这一信息可以确定细胞中哪些蛋白质正在积极翻译。当前，核糖体分析技术被用于各种各样的研究中定量全基因组mRNA翻译。

2012年3月，来自美国加州大学旧金山分校的科学家们揭示了隐藏在遗传密码中过去未发现的信息层。在这项研究中，他们采用了一种称之为核糖体分析的方法，利用这一方法他们可以在活细胞中检测基因活性，包括蛋白质的合成速度。相关研究论文发布在3月Nature杂志上（Nature：DNA密码的启蒙书 ）。

细胞分裂形成新细胞以支持生长，修复损伤组织或是维持我们的健康成体功能，来自加州大学旧金山分校的研究人员利用了核糖体分析技术，发现细胞分裂以一些以往未曾预料到的方式受到调控。他们认为，这一研究发现或许可促成一些抗癌新方法。这项研究在发表于2013年10月的Molecular Cell杂志上（Cell子刊：绘制细胞周期全基因组翻译景观图 ）。

数十年来，研究人员已经知道形成记忆需要上调大脑中某些基因的表达和翻译。根据发表在2015年10月Science杂志上的一项研究，出人意外地是，小鼠海马也具有一个广泛的遗传下调程序，其是记忆正常发挥功能的必要条件。在这项研究中，金娜蕊和同事们采用了RNA测序和核糖体分析技术（世界杰出女科学家Science惊人发现：不同寻常的遗传抑制 ）。

在这里，清华大学的研究人员报告称开发出了一个专门针对核糖体分析数据的分析管道Xtail，可在配对比较中全面、精确地鉴别差异翻译基因。研究人员将之应用于模拟及真实的数据集，Xtail显示出高度敏感性，及最低的假阳性率，在定量差异翻译的准确度上胜过了现有的一些方法。利用发布的核糖体分析数据集，他们证实Xtail不仅可以揭示出有生物学意义的差异性翻译基因，还发现了在人类癌细胞中有关mTOR信号传导紊乱和人类原代巨噬细胞中有关IFN-γ处理的一些差异性翻译新事件。这证实了Xtail在探究翻译异常调控分子机制上具有的价值。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Genome-wide assessment of differential translations with ribosome profiling data

The closely regulated process of mRNA translation is crucial for precise control of protein abundance and quality. Ribosome profiling, a combination of ribosome foot-printing and RNA deep sequencing, has been used in a large variety of studies to quantify genome-wide mRNA translation. Here, we developed Xtail, an analysis pipeline tailored for ribosome profiling data that comprehensively and accurately identifies differentially translated genes in pairwise comparisons. Applied on simulated and real datasets, Xtail exhibits high sensitivity with minimal false-positive rates, outperforming existing methods in the accuracy of quantifying differential translations. With published ribosome profiling datasets, Xtail does not only reveal differentially translated genes that make biological sense, but also uncovers new events of differential translation in human cancer cells on mTOR signalling perturbation and in human primary macrophages on interferon gamma (IFN-γ) treatment. This demonstrates the value of Xtail in providing novel insights into the molecular mechanisms that involve translational dysregulations.

作者简介：

杨雪瑞 博士

研究员(PI)，博导

1999-2003  清华大学，化学工程系，学士
2003-2009  美国密歇根州立大学，化学工程系/生物化学及分子生物学系，双学科博士
2009-2012  美国哥伦比亚大学，Irving癌症研究中心，系统生物学联合中心，博士后
2012-至今  清华大学生命科学学院，研究员(PI)、博导

主要科研领域与方向：
利用交叉学科的优势，结合系统生物学，基因组学，生物信息学，遗传学，及分子与细胞生物学的方法，系统性地研究主要疾病，如癌症，在分子水平的基因调节通路与网络。同时，针对特定的重要基因及调节通路，开展深入的分子生物学研究，阐明其具体的作用机理，为疾病诊断及药物研发提供分子生物学基础。

实验室有机地结合计算与实验的优势，并开展广泛的合作研究。目前的研究集中于转录后(post-transcription)及转译(translation)相关的调节机理及其在肿瘤发生中的作用。