基于高通量测序的RNA修饰检测技术

转录后修饰广泛存在于各种RNA分子中,对RNA发挥功能至关重要。目前,RNA上的化学修饰已达到160余种(https://iimcb.genesilico.pl/modomics/),其中甲基化修饰是最常见的修饰类型。薄层层析、高效液相色谱及质谱等传统的检测方法对RNA修饰的鉴定和定量做出了重要贡献。然而,RNA修饰的精确定位以及对低丰度RNA分子的修饰检测等则依赖于近些年发展的适用于修饰检测的高通量测序技术。《生命科学》2018年发表的"RNA修饰检测技术"一文已对一些传统的RNA检测方法和部分高通量测序检测方法进行了系统的介绍。在此基础上,该文整理了目前常见的基于高通量测序的RNA修饰检测技术,并对其工作原理和应用展开介绍。     

NaIO_4氧化–深度测序技术的优化用于检测微量RNA样品中小RNA 3′末端甲基化修饰

2′-O-甲基化是存在于多种小RNA 3′末端的修饰,具有重要的生物学功能。目前高通量研究小RNA 3′末端2′-O-甲基化的方法主要是NaIO_4氧化处理结合小RNA深度测序,但该方法需要3μg总RNA,难以用于研究少量细胞中小RNA的3′末端甲基化修饰。该研究通过调整NaIO_4氧化处理的条件以及测试有无甘油终止氧化反应对小RNA文库构建的影响,优化了适用于微量RNA的氧化条件,实现对10 ng小鼠睾丸样本总RNA中的小RNA 3′末端甲基化修饰的深度测序检测,建立了用于检测微量RNA样品中小RNA 3′末端甲基化修饰的方法,为检测少量细胞中小RNA的3′末端甲基化修饰提供了有效方法。     

RNA修饰分布特征概述

RNA修饰研究是表观遗传研究领域的新热点之一,近年来多种RNA修饰陆续被研究者发现,如6-甲基腺嘌呤(m~6A)、5-甲基胞嘧啶(m~5C)、假尿嘧啶(ψ)等,通过高通量测序结合生物信息学分析揭示了这些RNA修饰的分布特征。不同的RNA修饰在转录本上具有其特异的分布特征,并与所发挥的RNA加工和代谢功能密切相关。随着RNA修饰检测和测序技术的发展以及单细胞、单碱基分辨率等新兴技术的兴起,RNA修饰的分布特征及规律将会得到更精确、更深入的解析。该文主要介绍目前研究比较深入的几种RNA修饰在转录本上的分布特征,并对目前该方向面临的主要机遇与挑战进行讨论。     

基于机器学习的RNA编辑位点预测方法综述

RNA编辑是一个十分重要的生物细胞分子机制。作为转录后修饰的一步,它可以增加蛋白质组学多样性,改变转录产物的稳定性,调节基因表达等。RNA编辑失调会导致各种疾病,包括神经疾病和癌症。在动物中,腺苷到肌苷(A-to-I)的编辑是最普遍的。高通量测序技术的进步大大提高了在全局范围内检测和量化RNA编辑的能力,使得RNA编辑的大规模全基因组分析变得可行,产生了一系列基于高通量测序技术的RNA编辑位点预测方法。通过对这些方法进行介绍、总结和分析,为RNA编辑的进一步研究提供一些思路。     

RNA m~6A甲基化修饰概述

RNA上存在多种修饰形式,如6-甲基腺嘌呤(m~6A)、5-甲基胞嘧啶(m5C)、1-甲基腺嘌呤(m1A)和假尿嘧啶等。m~6A是真核生物m RNA中丰度最高的甲基化修饰形式,也是目前研究最为透彻的一种RNA修饰类型。随着m~6A修饰检测和测序技术的发展以及单碱基分辨率等新兴技术的兴起,多种m~6A修饰相关的调控蛋白被鉴定,其调控的生物学功能也得到了更深入的解析。该文主要介绍了m~6A甲基化修饰的调控蛋白、分布特征及规律、检测技术、生物学功能及其与肿瘤的关联,并对目前该研究领域面临的主要机遇与挑战进行了讨论。     

测序深度对RNA编辑识别算法的影响

RNA编辑是重要的转录后修饰过程,目前已有多种算法用于识别RNA编辑,本文主要研究小鼠中测序深度对RNA编辑识别算法的影响,从而为RNA编辑的研究给出建议的方法. 本文使用STAR比对软件将小鼠的RNA-seq数据进行序列比对,然后使用GATK识别SNV,并用Separate Method、GIREMI、RNAEditor 3种方法识别出RNA编辑位点. 最后对3种方法识别RNA编辑位点的共同部分、识别效率、识别稳定性、识别与测序深度的关系进行分析. 结果发现3种方法识别的编辑位点数目差异大,共有位点较少,随着测序深度的增加,识别的RNA编辑位点数也在增加. 结果表明RNA编辑识别算法在小鼠中的识别性能与测序深度呈正相关.     

RNA中6-甲基腺嘌呤的研究进展

RNA酶促共价修饰研究, 尤其是m⁶A(6-甲基腺嘌呤), 是RNA生物学研究的一个新兴领域。m⁶A是真核生物mRNA内部序列中最常见的一种转录后修饰形式, 由包含3个独立组分的复合物mRNA: m⁶A甲基转移酶催化生成。最新研究发现肥胖相关蛋白FTO可以脱掉m⁶A上的甲基, 表明该甲基化过程是可逆的。抑制或敲除m⁶A甲基转移酶会引起重要的表型变化, 但是由于过去的检测方法受限, m⁶A确切的作用机制目前为止还不甚清楚。二代测序技术结合免疫沉淀方法为大规模检测m⁶A修饰并研究其作用机制提供了可能。文章主要综述了m⁶A的发现史、生成机制、组织和基因组分布、检测方法、生物学功能等及其最新研究进展, 并通过比较3种IP-seq技术和数据分析的异同及优缺点, 对m⁶A这种RNA表观修饰研究中尚未解决的问题进行了讨论。     

核糖体谱测序在病毒学研究中的应用

核糖体谱测序结合了RNA深度测序和核酸酶足迹技术,可同时检测细胞内全部基因的转录和翻译。用此方法检测被病毒感染的细胞,不但有可能发现新的病毒蛋白,完善病毒基因组注释,而且还可能发现新的基因翻译现象,为研究翻译机制指明方向。同时,该方法能够检测到被病毒感染后宿主翻译水平的动态变化,为研究病毒和宿主之间的相互作用提供线索。目前,学者已经利用核糖体谱测序法分析了6个DNA病毒和4个RNA病毒感染细胞后翻译相关的特征。本文对核糖体谱测序方法在病毒学中的相关研究进行总结和分析,希望为广大病毒学研究者提供新的方法与思路。     

植物小分子RNA整合分析软件psRobot开发完成

植物小分子RNA,主要包括microRNA和小干扰RNA,在基因的转录和转录后调控过程中具有重要作用。第二代测序技术的逐渐成熟和广泛应用极大地推动了小分子RNA相关研究的发展,对不同组织和材料中的小分子RNA进行深度测序已成为研究小分子RNA的常规手段。因此,针对这些数据的生物信息学分析成为了研究者们面临的日益突出     

嵌合RNA检测和验证技术

嵌合RNA(chimeric RNA)是由来自不同基因的外显子片段组成的融合转录本。传统的嵌合RNA检测方法有染色体核型分析、荧光原位杂交（FISH）等,但这些技术的特异性、灵敏性和准确性较差。随着测序技术的发展,二代测序技术展现出强大的数据处理能力,可以通过高通量序列分析来检测嵌合RNA,目前基于高通量测序的检测方法有FusionCatcher、SOAPfuse、EricScript等。目前较为常用的对检测到的嵌合RNA的验证方法有聚合酶链反应（PCR）、核糖核酸酶保护实验（RPA）、琼脂糖凝胶电泳、Sanger测序等。多种检测技术的开发使得越来越多的嵌合RNA被发现,但现有的检测技术各有优劣,主要体现于检测成本、假阳性率、检测时间等方面的差异。本文对嵌合RNA的检测方法、验证方法及各方法的优劣性进行阐述。     

真核生物mRNA上的化学修饰和基因表达调控

从1951年首个RNA修饰被发现以来,细胞内天然RNA上已有超过160种化学修饰被鉴定.早期关于RNA修饰的研究大多集中于细胞内丰度较高的转运RNA(transfer RNA, tRNA)、核糖体RNA(ribosomal RNA, rRNA)和核内小RNA(small nuclear RNA, snRNA).近年来,随着测序技术的发展,在mRNA上也鉴定到多种动态调节的化学修饰,从而促进了"表观转录组学"这一新兴领域的诞生和发展.本文围绕mRNA内部的化学修饰,以N~6-甲基腺嘌呤(N~6-methyladenosine, m~6A)、N~6,2′-O-二甲基腺嘌呤核苷(N~6,2′-O-dimethyladenosine, m~6Am)、N~1-甲基腺嘌呤(N~1-methyladenosine, m~1A)、假尿苷修饰(pseudouridine,Ψ)、5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, m~5C)和N~7-甲基鸟苷(N~7-methylguanosine, m~7G)为例,阐释了其修饰酶、测序技术以及生物学功能,并讨论了目前RNA修饰研究所面临的主要挑战和机遇.     

RNA甲基化修饰调控和规律

表观遗传学修饰包括DNA、RNA和蛋白质的化学修饰,基于非序列改变所致基因表达和功能水平变化。近年来,在DNA和蛋白质修饰基础上,可逆RNA甲基化修饰研究引领了第3次表观遗传学修饰研究的浪潮。RNA存在100余种化学修饰,甲基化是最主要的修饰形式。鉴定RNA甲基化修饰酶及研发其转录组水平高通量检测技术,是揭示RNA化学修饰调控基因表达和功能规律的基础。本文主要总结了近年来本课题组与合作团队及国内外同行在RNA甲基化表观转录组学研究中取得的主要前沿进展,包括发现了RNA去甲基酶、甲基转移酶和结合蛋白,揭示RNA甲基化修饰调控RNA加工代谢,及其调控正常生理和异常病理等重要生命进程。这些系列研究成果证明RNA甲基化修饰类似于DNA甲基化,具有可逆性,拓展了RNA甲基化表观转录组学研究新领域,完善了中心法则表观遗传学规律。     

表观遗传学研究方法进展

表观遗传调控是基因表达调控的重要组成部分,已成为当前研究的热点.目前其研究主要集中在DNA甲基化和组蛋白修饰.针对这两种表观修饰,其研究方法也取得了较太进展,一方面方法的是敏度和特异性都在不断提高;另一方面表现修饰的检测正在逐步从定性检测向定量分析方向发展,从个别位点向高通量检测发展.此外,新一代测序技术的应用特大大推动表观遗传研究的发展,包括单分子实时测序法、单分子纳米孔科序法等.综述目前常用的DNA甲基化、组蛋白修饰研究方法以及最新的单分子测序技术,并对它们在表观遗传修饰检测中的应用作了简要对比分析.     

tRNA甲基化修饰及其在神经系统疾病中的研究

转运RNA(transfer RNA,t RNA)上存在着大量的转录后修饰,对t RNA行使其正常的生物学功能发挥重要作用。目前已鉴定出100多种t RNA转录后修饰,其中以t RNA甲基转移酶(transfer RNA methyltransferases,Trms)介导的甲基化修饰最为常见。近年来随着t RNA转录组测序技术的不断进步,t RNA甲基化修饰及其在神经系统疾病中的研究越来越受到重视。但目前t RNA甲基化修饰的研究尚处于起步阶段,仍有大量的研究空白,希望本综述能为神经系统疾病基础及临床方向的生物学标志物、发病机制以及治疗靶点等方面提供新的研究思路。     

m6A修饰与植物RNA病毒侵染

N⁶-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine, m⁶A)是真核生物m RNA中丰度最高的RNA转录后化学修饰. RNA的m⁶A修饰主要由甲基化转移酶(writers)、去甲基化酶(erasers)以及阅读蛋白(reader proteins)共同调控.近年的研究表明, m⁶A修饰在植物病毒侵染中发挥了重要作用,相关调控机制成为植物病毒领域的研究热点.本文概述了植物RNA m⁶A修饰相关蛋白的基本组成和m⁶A修饰的检测技术,重点阐述了m⁶A修饰在植物与RNA病毒互作中的作用,并提出了今后植物RNA病毒m⁶A修饰功能研究的方向.     

阿霉素诱导下的肝癌细胞HepG2中微小RNA差异表达分析

旨在研究阿霉素诱导引起的DNA损伤压力下,肝癌细胞Hep G2中参与DNA损伤应答的mi RNA,并分析这些mi RNA靶基因参与肝癌DNA损伤应答相关的生物学进程与通路。通过小RNA测序检测阿霉素处理肝癌细胞Hep G2前后mi RNA的差异表达情况,使用GO与KEGG通路富集方法对差异表达mi RNA靶基因进行功能富集分析。结果显示,共检测出显著表达差异mi RNA 68个,其中上调13个,下调55个。mi RNA靶基因的功能分析结果显示,53条mi RNAs靶基因显著富集于调控细胞增殖、细胞凋亡、细胞迁移和细胞周期等与DNA损伤应答以及肿瘤相关的生物进程和信号通路,包括p53信号通路、癌症通路、Wnt信号通路和MAPK信号通路等。研究表明,在阿霉素诱导下,Hep G2中的差异表达mi RNAs与DNA损伤相关的肿瘤生物学进程以及信号通路显著相关,预示这些mi RNAs在阿霉素引发的肝细胞癌DNA损伤应答中起着重要的作用。     

以海量数据计算揭示人类疾病发生机制及相关分子标志物

高通量芯片和深度测序技术为在全基因组水平上绘制高分辨率的基因组变异、RNA转录、转录因子结合及组蛋白修饰图谱等研究提供了前所未有的机遇.这些技术彻底改变了以往有关转录组学、调控网络以及表观遗传调控的研究方法,产生了海量的多水平组学数据,并开启了高效数据整合研究的先河.然而,如何有效地整合这些数据仍然是一个巨大的挑战.本文总结了高通量组学数据的产生对相关领域研究的主要影响及其与人类疾病的关系,并介绍了多种用于数据整合分析的生物信息学方法.最后,以炎症疾病为例进行说明.     

miRNA定量检测方法的研究进展

MicroRNA(miRNA)是广泛存在于真核生物当中的一类长度为18～25个核苷酸的小分子RNA,由DNA转录产生。作为一种内源性非编码小分子RNA, mi RNA在许多生命活动中起着重要作用,如当机体内的某些mi RNA表达下调时,就会更容易罹患癌症和其他一系列疾病。这一现象提示,人们可通过对mi RNA进行定量检测来实现对相关疾病的早期诊断。本文综述了基于杂交、扩增和测序原理的mi RNA检测技术的研究进展,并对mi RNA的研究方法及方向予以了阐述。     

基于新一代测序技术的mtDNA突变检测方法学的建立

目的:大量研究证实线粒体DNA(mtDNA)突变与肿瘤发生及进展密切相关,但使用传统测序方法难以高通量、高精确度的检测mtDNA突变,为此本研究建立了基于新一代测序技术的mtDNA突变检测方法.方法:提取肝癌患者癌、癌旁组织以及外周血细胞总DNA,利用PCR技术对线粒体基因组进行富集并对PCR产物进行平末端、粘性末端连接或对PCR引物进行氨基修饰,构建mtDNA测序文库.经Illumina HiSeq 2000平台测序后利用生物信息学方法与人类mtDNA参考序列进行比对,并进行测序数据分析.结果:通过对不同质量基因组DNA进行评估后,发现三对引物法适用于大部分DNA样本的mtDNA富集.进一步我们发现PCR引物的氨基修饰可显著提高测序数据覆盖均一性,降低测序成本.结论:本研究利用新一代测序技术通过对线粒体DNA富集方法以及测序覆盖度均一性进行优化,建立了一套灵敏、特异、高通量的mtDNA突变检测策略,为mtDNA突变与疾病研究提供了新方法.     

SUMO-1小干扰RNA的构建及其干扰效果检测

目的:构建小泛素相关修饰物-1(SUMO-1)基因的小干扰RNA(siRNA),并检测其对SUMO-1基因表达的干扰效果。方法:根据SUMO-1基因序列设计一条合理的SUMO-1siRNA,并将其克隆到pSliencer2.1-U6neo载体中,转化大肠杆菌DH5α,挑取阳性菌落进行酶切和测序鉴定;将构建的SUMO-1siRNA重组质粒单独转染或与带HA标签的SUMO-1表达载体共同转染人胚肾293T细胞,收集细胞裂解物,以抗HA和SUMO-1的抗体用Western印迹检测siRNA的干扰效果。结果:构建了SUMO-1siRNA重组质粒,干扰效果可达80%以上。结论:构建的SUMO-1siRNA为进一步进行蛋白质SUMO-1化修饰的研究奠定了基础。