SEISMICgraph：基于网络的RNA结构数据可视化工具助力RNA结构研究与治疗开发

哈佛医学院与斯坦福大学团队开发了SEISMICgraph这一基于网络的RNA结构数据可视化工具，解决了化学探测(DMS-MaPseq/SHAPE)数据分析需要编程技能的瓶颈问题。该工具支持多种化学探测模式数据的可视化比较，成功应用于核糖开关结构分析和RNA修饰(如Ψ/m1Ψ)对结构功能影响的研究，为RNA结构研究和RNA治疗开发提供了重要技术支撑。

　　

RNA作为遗传信息载体和基因表达调控分子的双重身份日益受到重视，其通过与其他RNA、蛋白质及自身相互作用实现调控功能。然而，解析RNA动态结构一直是领域内的重大挑战。化学探测技术如DMS(二甲基硫酸盐)和SHAPE(选择性2'-羟基酰化分析)的发展显著提高了我们识别RNA二级结构的能力，但数据分析需要专业编程技能，限制了技术的广泛应用。

哈佛医学院(Harvard School of Medicine)和斯坦福大学(Stanford University)的研究团队开发了SEISMICgraph这一基于网络的工具，旨在支持RNA结构研究，为多种化学探测模式提供数据可视化和分析功能。该工具通过用户友好界面实现不同序列和实验条件下数据的同步比较，无需编程专业知识。相关研究成果发表在《Nucleic Acids Research》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：(1)设计包含48个已知RNA结构和81个核糖开关序列的RNA文库；(2)使用DMS-MaPseq技术进行化学探测，分析不同镁离子浓度和腺嘌呤存在条件下的RNA结构变化；(3)开发SEISMICgraph网络平台，整合数据处理和可视化功能；(4)研究假尿苷(Ψ)和N¹-甲基假尿苷(m1Ψ)修饰对RNA结构和功能的影响。

研究结果部分：

SEISMICgraph：基于网络的分析工具
研究人员开发了SEISMICgraph作为网络应用程序，满足化学探测数据快速简单可视化的需求。该工具由三部分组成：前端用户界面、后端服务器和Python包。用户可上传多个实验数据(最大32MB)，对于RNA Framework或SHAPEMapper 2预处理的数据集，SEISMICgraph会自动转换为SEISMIC-RNA格式。用户界面分为数据选择、绘图选择和绘图查看器三个主要部分，支持多种绘图类型和过滤选项。

使用SEISMICgraph可视化核糖开关和假尿苷化对功能的影响
研究人员应用SEISMICgraph分析和可视化DMS数据，评估预测的核糖开关，表征已知结构的RNA，并确定碱基修饰对这些RNA结构和功能的影响。文库包含81个RNA，分为30个预测的嘌呤核糖开关、29个预测的Mg²⁺核糖开关和22个结构明确的RNA。作为阳性对照，研究证实了来自创伤弧菌(Vibrio vulnificus)的腺苷脱氨酶(add)核糖开关在腺嘌呤存在下的构象变化，与X射线晶体结构观察到的氢键相互作用一致。

假尿苷化阻止腺嘌呤添加时的构象转换
研究发现Ψ和m1Ψ的掺入导致超过一半的文库序列发生结构变化。这些修饰阻止了所有四个腺嘌呤感应核糖开关和COOLAIR结构的构象变化。在富含尿嘧啶的add核糖开关适体域中，修饰可能破坏了天然折叠所需的三级接触，从而消除了假尿苷化核糖开关的腺嘌呤感应和功能转换能力。

研究结论与意义：
研究团队开发的SEISMICgraph工具标准化和简化了化学探测数据分析，提供多种绘图和过滤选项，支持快速评估和定量分析实验样本。该研究验证了三个关键发现：(1)记录了腺嘌呤核糖开关的结构变化；(2)表征了81个序列库的结构，发现三个对腺嘌呤有反应的嘌呤核糖开关；(3)证明引入碱基修饰会导致结构转换缺陷。

这些发现在RNA治疗领域尤为重要。在基于RNA的治疗方法如mRNA疫苗中，常采用假尿苷化等修饰来逃避免疫检测。随着RNA在生物技术中的应用扩展到结构化功能RNA，评估这些修饰对其结构完整性和治疗效果的影响变得至关重要。化学探测技术如DMS-MaPseq和SHAPE结合SEISMICgraph的可视化和分析能力，可以精确识别这些结构破坏发生的时间和位置，为功能性修饰RNA治疗剂的合理设计提供重要参考。