多用途和低成本的靶向长读RNA测序技术

在一项可能加速发现新的诊断和治疗方法的发展中，研究人员已经开发出一种多功能和低成本的技术，用于全长RNA分子的靶向测序。这项技术被称为TEQUILA-seq，与商业上可用于靶向RNA测序的解决方案相比，具有很高的成本效益，可以适用于不同的研究和临床目的。

　　

在从基因到蛋白质的过程中，RNA分子在被翻译成蛋白质之前可以被切割并以不同的方式连接。这个过程被称为选择性剪接，它允许一个基因编码几种不同的蛋白质。虽然选择性剪接发生在许多生物过程中，但它可能在癌症等疾病中失调，导致致病性RNA分子。为了了解选择性剪接是如何导致疾病的，研究人员需要对单个基因产生的所有RNA分子(称为“转录异构体”)进行准确的计算。

这样做的一种方法是使用“长读”RNA测序平台，它对长度超过10,000个碱基的RNA分子进行端到端测序，捕获整个转录异构体。然而，这些长读平台的测序产率不高，这阻碍了它们的广泛采用，特别是在临床环境中，因为在临床信息深度生成长读RNA测序数据可能非常昂贵。靶向测序涉及在测序之前富集感兴趣的特定核酸序列，这是一种有用的策略，可以大大提高预定义靶标的覆盖范围，但目标捕获的成本和复杂性一直是广泛使用的障碍。

“靶向长读RNA测序是一种强大的策略，可以阐明任何预定义基因的RNA库。然而，现有的全长RNA分子靶向测序技术要么昂贵，要么难以建立，这使得许多实验室无法实现，”共同通讯作者、病理学和实验室医学助理教授Lan Lin博士说。“TEQUILA-seq解决了这个问题，因为它既便宜又易于使用。用户可以根据不同的目的调整这项技术，研究人员可以选择他们想要测序的基因，并在自己的实验室中制作用于目标捕获的试剂。这有可能加速发现针对各种疾病的新诊断和治疗方案。”

一种允许目标测序的方法被称为杂交捕获富集，它使用被称为寡核苷酸的核酸短片段作为捕获探针。这些寡核苷酸被生物素分子标记，并被设计成基于核酸序列互补性与它们的靶标杂交，这使得从生物样品中轻松捕获和分离它们的靶标序列成为可能。然而，尽管基于杂交捕获的富集是一种有效的靶向测序方法，但商业合成的生物素化捕获探针价格昂贵，只能用于有限数量的反应，使得每个捕获反应的每个样品成本很高。

为了解决这一限制，CHOP的研究人员开发了TEQUILA-seq(利用等温线性扩增探针与长读测序相结合的转录本富集和定量)。TEQUILA-seq的一个关键创新是一种由核酸内切酶触发的等温链位移扩增反应，该反应可以从廉价的非生物素化寡核苷酸作为模板合成大量的生物素化捕获探针。使用仅2ng的模板寡核苷酸输入，研究人员可以产生25ug的TEQUILA探针，它可以用于至少250个捕获反应。这种合成捕获探针的创新策略使TEQUILA-seq具有很高的成本效益和可扩展性，适用于大型靶板和许多生物样品。

为了对其性能进行基准测试，研究人员对合成RNA或人类RNA上的多个基因面板进行了TEQUILA-seq。TEQUILA探针在目标捕获和富集方面的表现与商业捕获探针一样好，而每次捕获反应的价格便宜数百倍。此外，研究人员证明TEQUILA-seq可以在保持目标RNA分子定量的同时大大提高检测效果。

“使用便宜的试剂和简单的实验流程，TEQUILA-seq使我们能够对许多生物样品中的任何基因集的全长RNA分子进行深度测序，”CHOP计算与基因组医学中心主任、共同资深作者易星博士说。“这是非常令人兴奋的，它使广泛的医学应用成为可能，从RNA引导的基因诊断到治疗开发。”

为了说明其生物医学用途，研究人员应用TEQUILA-seq分析了40个乳腺癌细胞系中468个可操作的癌症基因的全长RNA分子。他们在广泛研究的癌症基因中发现了以前未知的转录异构体，这可能会揭示保护身体免受癌症侵害的基因如何在个体肿瘤中失活。

“我们的工作表明，TEQUILA-seq可以广泛用于全长RNA分子的靶向测序，”Lin博士说。“此外，龙舌兰探测器是通用捕获探测器。它们在长读和短读测序平台上兼容靶向RNA和DNA测序。能够以低成本轻松地为任何目标面板轻松生成大量生物素化捕获探针，可以为许多基础，转化和临床应用促进大规模和人群水平的研究。”

Feng Wang, Yang Xu, Robert Wang, Beatrice Zhang, Noah Smith, Amber Notaro, Samantha Gaerlan, Eric Kutschera, Kathryn E. Kadash-Edmondson, Yi Xing, Lan Lin. TEQUILA-seq: a versatile and low-cost method for targeted long-read RNA sequencing. Nature Communications, 2023; 14 (1)