2016年的年度技术是什么?Nature Methods最新公布

【字体: 时间:2016年12月30日 来源:生物通

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  在今年的最后一个工作日,Nature Methods赶着发布了2017年的新刊,并在其中公布了2016年度技术,你们肯定会猜年度技术就是CRISPR系统,然并卵,对于前瞻性的每年盘点的年度技术来说,一个并不常见的名词:Epitranscriptome analysis(表观转录组学分析,生物通译)才是正解。

  

生物通报道:在今年的最后一个工作日,Nature Methods赶着发布了2017年的新刊,并在其中公布了2016年度技术,你们肯定会猜年度技术就是CRISPR系统,然并卵,对于前瞻性的每年盘点的年度技术来说,一个并不常见的名词:Epitranscriptome analysis(表观转录组学分析,生物通译)才是正解。

2006年,Andrew Fire和Craig Mello因发现RNA干扰而荣获诺贝尔生理学和医学奖。他们的发现引发了针对非编码RNA功能的狂潮,而这一直持续到今天。关于RNA分子本身是如何调节的一个新出现的问题就是:具体来说,在所有RNA种类中发现的转录后修饰的功能是什么?

近年来主要由基于测序的方法引发的技术突破成就了表观转录组学分析,即在全基因组范围内分析这种RNA修饰,并且已经指出了表观转录组的一些重要功能作用。(安诺基因,全转录组“全面出击”,同时推出二代+三代全长转录组测序明星产品,请咨询>> >

Epitranscriptome analysis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“写手”和“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。

RNA修饰和癌症之间的联系促使NIH批准了一项研究资助:利用新的工具和技术评估癌症生物学中表观转录组的作用。其中之一就是利用CRISPR系统靶向RNA标记修饰。

总体来说,这些功分析研究还处于起步阶段,而且为了了解这些标记做了什么,首先必须确定它们的丰度和位置。

有上百个已知RNA修饰,我们可以通过 Modomics 全面查询,这是一种列出所有已知修改的数据库。但是这一领域仍处于不断完善阶段,需要开发新方法来发现和编撰这些修饰。同期Nature Methods中,一些研究人员介绍了检测常见修饰的最新方法,例如methyl-6-adenosine,假尿苷和肌苷。

当然还需要更进一步的研究,专家们也对如何解决目前的瓶颈持不同的意见。许多方法依赖于以抗体为基础的样品富集,但是这会出现非特异性困扰。因此,一些研究人员转向新的测序技术,如纳米孔或PacBio的单分子测序技术,从而获得修饰的直接测序结果。

对于其它标记,例如假尿苷(pseudouridine),可以采用更好的化学标记方法进行富集,得到更全面的特性图像。研究人员发现在cDNA合成期间,如果遇到核苷酸上的某些化学基团,逆转录酶就会失活,并通常会停止下来,这样得到的独特读长标记可以用于分析,而且采用恰当的软件就能同时分析出多种类型的修饰。此外,对于像是腺苷-肌苷(adenosine-to-inosine)编辑这样的修饰,也可以通过适当的计算方法分析密码子变化。不可能有匹配各种修饰的方法,多种方法齐头并进看起来最能有效分析RNA上的整体化学修饰。还有更大问题——遗传性,也将得到逐步的解决。

尽管还存在许多缺口,但是RNA研究显然已经取得令人印象深刻的研究成果,而且目前国内也有一些公司推出了相应的技术产品,如上文说到的PacBio第三代测序技术,近期生物学预印网站BioRxiv公布了一项斯坦福大学的最新成果,研究人员在PacBio Sequel系统上进行了全基因组测序,精确检测出二代测序无法判断的缺失断裂点(详情)。还有Frontiers in microbiology上的研究指出,利用PacBio SMRT测序技术可以能够直接检测碱基修饰:对根瘤菌进行了完整组装,并且一共发现5个甲基化motif,包含43,061个甲基化位点。

来年相信还会有更多的技术上和研究上的进展,让我们一起期待。

(生物通:张迪)

原文摘要:

Method of the Year 2016: Epitranscriptome analysis

In 2006 Andrew Fire and Craig Mello were awarded the Nobel Prize in Physiology and Medicine for their discovery of RNA interference. Their findings triggered a flood of research into the function of noncoding RNAs that continues to this day. One emerging question is how RNA molecules themselves are regulated; more specifically, what is the function of post-transcriptional modifications found on all RNA species? Recent technological breakthroughs, driven mainly by sequencing-based approaches, have enabled epitranscriptome analysis—the genome-wide profiling of such RNA modifications—and already point to important functional roles of the epitranscriptome.

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