Nature子刊:一种探索RNA与染色质相互作用的新技术

【字体: 时间:2020年02月27日 来源:生物通

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  日本理化学研究所(RIKEN)综合医学科学中心的研究人员近日开发出一种名为RADICL-seq的新技术,让科学家能够更好地了解RNA如何通过染色质与基因组相互作用。

  

大规模基因组计划导致了一个重大惊喜——哺乳动物基因组中发现了大量非编码长RNA(又称lncRNAs),如何评估这些lncRNAs的作用?俄罗斯科学院生物技术研究中心的生物信息学家和莫斯科物理技术研究所以及日本理化学研究所(RIKEN)综合医学科学中心的科学家们开发出了一款可靠的方法,新技术以及由此获得的数据对染色质组成、调节,以及识别lncRNAs的特定功能十分重要。

这项技术被称为RADICL-seq,文章发表在《Nature Communications》,它允许对每个RNA进行全面的定位,同时捕获与RNA靶向的所有基因组区域的相互作用。

RNA与基因调控

以前人们认为,RNA在基于DNA模板构建蛋白质方面主要起中介作用,只有核糖体RNA是个例外。然而,随着基因组分析的发展,人们发现并不是所有的DNA区域都编码RNA,也不是所有的转录RNA都编码蛋白质。

尽管非编码RNA的数目与编码蛋白质的数目大致相同,但大多数非编码RNA的功能仍不完全清楚。

每种类型的细胞都有自己的一组活跃基因,从而产生特定的蛋白质。这使得脑细胞与同一生物体的血细胞不同——尽管两者共享相同的DNA。科学家们现在得出结论,RNA是决定哪些基因被表达或激活的因素之一。

已知lncRNAs与染色质相互作用,染色质是与蛋白质紧密结合的DNA。染色质具有改变其构象或“形状”的能力,因此某些基因要么暴露于转录,要么被隐藏。lncRNAs通过与某些染色质区域相互作用,促进了这种构象的改变和基因活性的改变。要了解RNA的调节潜力,除了知道它是蛋白质合成的模板外,还必须知道任何给定的RNA与哪个染色质区域相互作用。

之前的许多大规模基因组研究发现,哺乳动物基因组中存在大量长链非编码RNA,与DNA发生相互作用。其中的许多RNA是在细胞核中发现的,并附着在染色质上。不过,人们仍不清楚哪些RNA与DNA的哪些区域发生相互作用。

共同通讯作者Piero Carninci表示:“这项技术在基因组范围内的广泛应用将帮助我们了解非编码RNA在调节基因组活性上的基本作用,这也许会推动未来的应用和治疗。”

为了确定RNA是否是染色质结构的一部分,研究人员开发出一种称为“RNA和DNA相互作用复合物连接和测序(RADICL-seq)”的新技术,以绘制细胞核内RNA与染色质的相互作用。有了这项技术,研究人员能够鉴定不同类转录本的基因组覆盖模式,以及细胞特异性的RNA-染色质相互作用。

为了测试这种方法的有效性,研究人员此次选择了两个转录本作为分析对象 – NEAT1和Fgfr2,这两个转录本在某些类型的细胞中优先表达。NEAT1是一种长链非编码RNA,主要集中在细胞核中,是形成与维持细胞核亚结构paraspeckle的关键非编码RNA。Fgfr2则是一个蛋白编码基因,参与胚胎发育和组织修复,尤其是骨骼和血管的修复。

他们发现,在小鼠胚胎干细胞中,NEAT1几乎只作用于19号染色体的基因组区域,它本身就来源于19号染色体;而在少突胶质祖细胞中,NEAT1还与其他染色体上广泛的基因组区域发生相互作用。相比之下,Fgfr2主要与自身染色体上的基因组区域相互作用。

另一名通讯作者Alessandro Bonetti表示:“这项研究是了解RNA与染色质之间如何相互作用以确保基因组正常运作的第一步。这些数据表明,RNA对基因调控和染色质结构的影响可能比我们想象的更广泛。”(生物通 薄荷)

原文检索:

Bonetti, A., Agostini, F., Suzuki, A.M. et al. RADICL-seq identifies general and cell type–specific principles of genome-wide RNA-chromatin interactions. Nat Commun 11, 1018 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14337-6

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