迄今为止,研究者们在RNA上已经发现了百余种不同种类的化学修饰,这些修饰大都分布在丰度较高的非编码RNA中,并对非编码RNA功能的维持具有重要作用。近年来,得益于高分辨率质谱的应用以及全转录组测序技术的开发,越来越多的mRNA上的修饰被发现、精确定量和定位,包括 N6-甲基腺嘌呤(m6A)、N6,2-O-二甲基腺嘌呤(m6Am)、5-甲基胞嘧啶(m5C)、次黄嘌呤(I)、假尿嘧啶(Ψ)、N1-甲基腺嘌呤(m1A)、2′-O-甲基化(Nm)、N4-乙酰胞嘧啶(ac4C)和 N7-甲基鸟嘌呤(m7G)等。其中特别是m6A,作为真核生物mRNA中含量最丰富的内部修饰,其修饰酶、识别蛋白质的鉴定以及其广泛的生物学功能的发现,掀起了mRNA上转录后修饰研究的热潮,从而促进了新兴的研究领域——表观转录组学的诞生[1]。
2016年,Nature Methods更是将Epitranscriptome analysis(表观转录组分析)评选为年度技术。RNA 化学修饰已成为化学生物学研究领域的一个热点问题,越来越多的对于RNA化学修饰的研究推动了“表观转录组学”这个新领域的蓬勃发展[1]。
RNA N6 -甲基腺嘌呤(m6A)最早于1970年在哺乳动物mRNA中被发现,但由于受制于检测技术和分析技术的限制,之前研究的较少一些。近些年来,得益于高通量测序技术的进步和其他交叉学科的助力,相关研究正在呈现井喷式发展态势,发表文章数量上便有直观的体现(下图)。接下来我们从什么是m6A RNA修饰、m6A RNA修饰的分布、功能研究以及依托于高通量测序技术的m6A检测方法四个方面展开介绍,以便老师们对其有所了解。
资料来源:Pubmed
首先,当腺苷上的N6位发生甲基化时,即m6A甲基化,结构见下图:
m6A RNA甲基化和去甲基化周期
资料来源:Ferrufino E.(2017)
物种分布:m6A是最丰富的转录组修饰之一,在所有生命的细胞RNA中都有发现,比如病毒、酵母、植物和人类等高等动物等。
RNA种类分布:除mRNA 外,目前还发现microRNA、circRNA、rRNA、tRNA和snoRNA上都有发生m6A修饰。
mRNA位置分布:分布于mRNA 的启动子区、终止密码子区、3' UTR、5' UTR 、CDS 内。主要分布在mRNA 的 3′UTR 和 CDS 区域。
调控mRNA的稳定性:m6A修饰增强mRNA的稳定性,延长其在细胞内的半衰期;m6A修饰通过影响mRNA的降解途径来调控其稳定性。
基因表达调控:m6A修饰通过影响mRNA的稳定性和转运,间接调控基因表达水平;m6A修饰对mRNA 的不同区域(3' UTR、5' UTR、CDS)的选择性修饰可决定mRNA分子的命运,比如:降解或翻译。
染色质重塑:m6A修饰可通过影响组蛋白的修饰和染色质的开放程度,参与染色质重塑过程;m6A修饰可通过招募特定的组蛋白修饰酶和染色质重塑因子,改变染色质的结构和状态。
翻译效率:m6A修饰位于mRNA编码区,可直接影响核糖体对mRNA的识别和结合,从而调控翻译起始的效率;m6A修饰的存在可以促进或抑制核糖体亚基的组装,影响翻译的起始速度。
此外,m6A修饰还在促进环状RNA翻译、改变肿瘤发展、调控造血干细胞定向分化等方面也发挥关键作用。
目前常用m6A修饰的高通量检测技术有MeRIP-seq(Methylated RNA immunoprecipitation with next generation sequencing,甲基化RNA免疫沉淀结合高通量测序),该技术是在转录组层面研究细胞内mRNA或Total RNA的甲基化定位的技术。
MeRIP-seq依赖m6A抗体,基于抗原-抗体特异性结合的原理,免疫沉淀富集m6A修饰的RNA片段,构建测序文库,随后通过高通量测序技术进行测序。该方法不仅能定性地确认m6A的存在,还能在全基因组水平上准确定位m6A修饰位点,提供m6A修饰的全局视图,分辨率在200 nt以内。
MeRIP-seq测序建库实验流程见下图:
MeRIP-seq测序项目分析流程见下图:
生工生物工程(上海)股份有限公司自2011年成立高通量测序部以来,逐步引进了Illumina,Life,DNBSEQ,PacBio、Nanopore、等二代/三代测序平台。建立了2000平米高标准实验室(通过了国家ISO认证)并搭建了50PB级存储及运算能力的服务器集群,能满足绝大多数科研客户的研究需要。同时,生工高通量测序团队建设也在不断完善中,目前有100余专职员工,其中高级技术人员以及高级生物信息工程师占比50%以上,10年来,通过生工高通量测序服务所发表的文章累计影响因子在10000分以上。
生工生物现可提供RNA m6A甲基化测序(MeRIP-seq),感兴趣的小伙伴欢迎来电与我们技术支持沟通交流。
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参考文献
[1] 彭金英;伊成器.蓬勃发展的表观转录组学[J].中国生物化学与分子生物学报,2021:12.