RNA，曾經(jīng)被認(rèn)為是DNA和蛋白質(zhì)之間的一個(gè)“中間人”，現(xiàn)在被公認(rèn)為是一個(gè)階段，許多調(diào)控過(guò)程可以在這個(gè)階段上進(jìn)行，以允許基因表達(dá)的靈活性，從而使細(xì)胞和組織發(fā)揮功能。

最近在《Plant Cell》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，賓夕法尼亞大學(xué)的生物學(xué)家使用來(lái)自人類(lèi)和植物的材料，檢測(cè)信使RNA（mRNA）的化學(xué)修飾，發(fā)現(xiàn)這些修改似乎在“mRNAs生存并被翻譯成蛋白質(zhì)、或被靶定用以降解”的過(guò)程中，發(fā)揮重要作用。延伸閱讀：植物細(xì)胞核內(nèi)RNA調(diào)控模式被確定。

他們的分析還發(fā)現(xiàn)，編碼應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)蛋白質(zhì)的基因，比其他mRNA分子更可能被修改，表明這些修改可能提供了一種機(jī)制，在面對(duì)環(huán)境變化時(shí)，生物體通過(guò)這種機(jī)制動(dòng)態(tài)地做出響應(yīng)。

這項(xiàng)研究是由賓夕法尼亞大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物學(xué)系的助理教授Brian D. Gregory及其實(shí)驗(yàn)室的研究生Lee E. Vandivier指導(dǎo)完成。共同作者還包括Gregory實(shí)驗(yàn)室的Rafael Campos和Ian M. Silverman、賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的Pavel P. Kuksa和Li-San Wang。

生物體中存在的所有RNA序列被稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄組；在這項(xiàng)研究中，研究人員想要檢測(cè)表觀轉(zhuǎn)錄組學(xué)（epitranscriptome），或可能影響基因表達(dá)的RNA分子序列的修飾。

Gregory開(kāi)創(chuàng)了一些新技術(shù)來(lái)研究RNA是如何調(diào)節(jié)的，包括一種方法，稱(chēng)為PIP-seq，可識(shí)別與RNA結(jié)合蛋白相互作用的位點(diǎn)。在這項(xiàng)研究中，他和Vandivier及同事們，使用Gregory和Wang共同設(shè)計(jì)的另一種技術(shù)——HAMR，用于修飾的核苷酸的高通量注釋。該方法允許RNA分子中的核苷酸識(shí)別，它們自DNA轉(zhuǎn)錄后就已被修改。

Gregory說(shuō)：“隨著這些變化，你增加了一個(gè)RNA分子可能具有的潛在化學(xué)性質(zhì)。不是只有A、C、U和G，你有幾乎所有你可能想到的變異。”

早期的研究發(fā)現(xiàn)了100多個(gè)這種類(lèi)型的共價(jià)修飾，主要是存在于不編碼蛋白質(zhì)的RNA分子中，如轉(zhuǎn)移RNA和核糖體RNA。

然而，在這項(xiàng)研究中，研究人員想要研究信使RNA上的修飾，負(fù)責(zé)將一段特定核苷酸序列翻譯成特定氨基酸序列、用以構(gòu)建蛋白質(zhì)的瞬時(shí)分子。

使用HAMR技術(shù)，該研究小組調(diào)查了兩個(gè)人類(lèi)細(xì)胞系以及未成熟的擬南芥（典型的植物模式生物）花蕾的表觀轉(zhuǎn)錄組。他們特別尋求那些改變Watson-Crick堿基配對(duì)邊緣、或負(fù)責(zé)mRNA堿基配對(duì)能力的邊緣的修飾。

他們從早期的研究中收集了三個(gè)不同的RNA庫(kù)，并對(duì)此進(jìn)行了HAMR分析：一種是由小RNA組成，一種是聚腺苷酸RNA，被認(rèn)為是穩(wěn)定的，一種是處于降解過(guò)程的RNA。

在這三種RNA文庫(kù)中，他們發(fā)現(xiàn)，與其他兩個(gè)RNA文庫(kù)相比，降解mRNA文庫(kù)有修飾的優(yōu)勢(shì)，從而表明修飾會(huì)引起降解，也可能是降解的一個(gè)后果。

Gregory說(shuō)：“人們可能不考慮這些修飾，因?yàn)樗麄儾豢紤]降解的RNA分子。但我們應(yīng)該考慮，因?yàn)榻到庖粋€(gè)RNA分子是你如何調(diào)節(jié)它。當(dāng)你想停止制造一個(gè)蛋白質(zhì)時(shí)，你就會(huì)降解mRNA。”

在穩(wěn)定的RNA分子中，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些類(lèi)型的修飾往往存在于選擇性剪接區(qū)域。Vandivier說(shuō)：“我們看到很多修飾，正好位于內(nèi)含子中這些元素的上面，對(duì)于剪接是必要的。從理論上講，這些修飾可能會(huì)搞亂剪接機(jī)制。這是我們想進(jìn)一步探討的問(wèn)題，因?yàn)檫x擇性剪接可能在許多人類(lèi)疾病中發(fā)揮作用。”

作為最后的測(cè)試，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)分析，以探究哪種基因特別富含在這些修飾中，并將它們與全部表達(dá)的mRNA轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行比較。Vandivier說(shuō)：“我們看到這個(gè)區(qū)域富集了應(yīng)激反應(yīng)以及細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞凋亡相關(guān)的基因。”這表明，在人類(lèi)和植物中的這些修飾，與一些基因相關(guān)，這些基因必須被嚴(yán)格調(diào)控，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候被標(biāo)記用以降解。

研究人員指出，他們的研究結(jié)果雖然有啟發(fā)性，但是當(dāng)涉及到“用高通量和計(jì)算技術(shù)研究RNA調(diào)控”的時(shí)候，它只是代表了冰山的一角。Vandivier說(shuō)：“一個(gè)簡(jiǎn)單的RNA文庫(kù)可能包含多個(gè)隱藏層。有了這些新的高科技手段，我們就有了挖掘數(shù)據(jù)的方式，我們已經(jīng)找到了更多的信息。”

Gregory說(shuō)：“這項(xiàng)研究是重要的計(jì)算機(jī)輔助分析在生物科學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的一個(gè)很好例子。”在目前進(jìn)行的研究中，該研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試確定這些修飾是如何產(chǎn)生的，它們是被靶定用于降解的mRNA分子的原因還是結(jié)果？并進(jìn)一步探討它們的功能性影響。