生命科學(xué)學(xué)院伊成器研究組在Nature Chemical Biology上報(bào)道全轉(zhuǎn)錄組假尿嘧啶RNA修飾譜圖

時(shí)間：2015-06-18 09:38  作者：  來源：生命科學(xué)學(xué)院

2015年6月15日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院伊成器研究組在Nature Chemical Biology雜志在線發(fā)表題為“Chemical pulldown reveals dynamic pseudouridylation of the mammalian transcriptome”的研究論文（DOI:10.1038/nchembio.1836）。文章報(bào)道了一種通過化學(xué)標(biāo)記和富集手段實(shí)現(xiàn)全轉(zhuǎn)錄組水平上假尿嘧啶RNA修飾的單堿基分辨率測序技術(shù)CeU-Seq，并繪制了人和小鼠細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組中假尿嘧啶RNA修飾的譜圖。

轉(zhuǎn)錄后修飾在生命體中廣泛存在（已發(fā)現(xiàn)100多種），而假尿嘧啶RNA修飾就是其中最主要的一種。假尿嘧啶在多種非編碼RNA（tRNA、rRNA、snRNA等）上的功能與機(jī)制已有較多研究；然而，對于信使RNA（messenger RNA，mRNA）上假尿嘧啶的分布和潛在生物學(xué)功能，目前知之甚少。最主要的難題，就是如何實(shí)現(xiàn)假尿嘧啶在mRNA上的精準(zhǔn)定位。

為了研究哺乳動物轉(zhuǎn)錄組中的假尿嘧啶修飾，伊成器課題組首先利用高分辨質(zhì)譜對mRNA中的假尿嘧啶修飾進(jìn)行定量，發(fā)現(xiàn)其廣泛存在于各種細(xì)胞系及小鼠的組織當(dāng)中，并且在哺乳動物mRNA中豐度相當(dāng)高。該研究繼而通過化學(xué)生物學(xué)、高通量測序等手段，發(fā)展了“CeU-Seq”——一種利用小分子化合物實(shí)現(xiàn)特異性標(biāo)記與富集的假尿嘧啶高通量測序技術(shù)。利用這一技術(shù)，該研究成功實(shí)現(xiàn)了人細(xì)胞系以及小鼠（大腦與肝臟組織）全轉(zhuǎn)錄組水平的單堿基分辨率假尿嘧啶檢測，發(fā)現(xiàn)在數(shù)千個mRNA與長非編碼RNA（lncRNA）上都含有假尿嘧啶修飾。該研究進(jìn)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(fā)現(xiàn)與線粒體肌病、先天性角化不良等人類疾病相關(guān)），并且發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組中假尿嘧啶的含量與分布均會受到各種環(huán)境刺激的調(diào)控，呈現(xiàn)出“刺激條件特異性”的誘導(dǎo)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(zhuǎn)錄組中假尿嘧啶RNA修飾的高清譜圖，也為這一轉(zhuǎn)錄后修飾參與基因表達(dá)調(diào)控的研究提供了重要工具、為近年來興起的“RNA表觀遺傳學(xué)”領(lǐng)域提供了嶄新的研究方向。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生李笑雨（PTN-BBS聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目），生命中心博士生朱平、博士生馬士清是這篇論文的并列第一作者，生命科學(xué)學(xué)院伊成器研究員是該論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、科技部973計(jì)劃和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

CeU-Seq繪制人及小鼠全轉(zhuǎn)錄組假尿嘧啶RNA修飾譜圖。（a）CeU-Seq流程圖；（b）人細(xì)胞系及小鼠大腦和肝臟組織全轉(zhuǎn)錄組水平假尿嘧啶修飾分布；（c）轉(zhuǎn)錄組中假尿嘧啶修飾呈現(xiàn)出“刺激條件特異性”的特點(diǎn)。