circRNA研究無從下手?不如試試翻譯組學!

2021-01-09 承啟生物

前不久,德國柏林Max Delbruck分子醫學中心(MDC)分析了80例人心臟組織的翻譯組學數據(其中65例擴張型心肌病,15例健康對照),發現了心臟組織特異的蛋白翻譯機制。在捕獲的可翻譯的RNA分子中發現了169種lncRNA,40種circRNA,進一步佐證了非編碼RNA,包括circRNA能被翻譯的事實。該文章的成果發表在《cell》上。

169種lncRNA,40種circRNA!這引起了學界人士的廣泛關注與熱議。

其實嚴格來說,這不過是「炒冷飯」而已。

早在2018年年底,由中山大學、暨南大學等多家單位聯合通過翻譯組測序(RNC-seq)技術,就首先發現了腦膠質瘤細胞中含有8000種可能翻譯的circRNA,其中320個有差異表達現象,並具體驗證了一種名為LINC-PINT的環狀RNA可編碼長度為87個胺基酸的蛋白質PINT87aa,該蛋白質在癌細胞中低表達可抑制多種癌基因的轉錄延伸而發揮抑癌作用。該文章的成果發表在《nature communication》上。(相關閱讀:中外學者聯合在Nature子刊發文:環狀RNA翻譯出抑癌蛋白質!)

該研究培養了正常人星形膠質細胞和膠質母細胞瘤細胞,分別測定了轉錄組層面(RNA-seq)上以及翻譯組層面(RNC-seq)上的circRNA數據(翻譯組測序及轉錄組測序均由承啟生物提供)。之後對circRNA的兩個組學層次上數據中做差異分析,得到翻譯組層面上顯著具有表達的circRNA,並聚焦在其中的一個基因LINC-PINT(ENSG00000231721)上做更進一步的分析,下遊蛋白質組層面的實驗證明,該circNRA可以編碼一種名為PINT87aa的長度為87個胺基酸的肽段,並且這個肽段主要集中分布在細胞核中,可能暗示了該肽段具有潛在的細胞調節作用,特別的是,該肽段在正常細胞中含量很高,而在一些惡性腦膠質瘤細胞系(SW1783和Hs683)中含量中度,在另一些惡性程度更高的腦膠質瘤細胞系(456和4121)中含量很低。

進一步細胞實驗證明,通過導入高表達PINT87aa質粒的456和4121兩株腫瘤細胞系,在細胞表型上呈現G1停滯以及細胞增殖減少,並且沒有表現出明顯的細胞毒性,而通過cas9敲掉PINT87aa的SW1783和Hs683兩株細胞系,細胞周期和細胞增殖速率都得到增加,以及惡性程度更加嚴重;動物實驗結果顯示,導入高表達PINT87aa質粒的456和4121兩株細胞系均表現出原位致瘤潛力能力降低,敲掉PINT87aa的Hs683和SW1783兩株細胞系均表現出腫瘤體積顯著增加。以上這些結果均證明了PINT87aa肽段在體內的抗癌作用。文章還報導了PINT87aa類似的作用還存在於乳腺癌,肝癌和胃癌中,這也說明了PINT87aa的腫瘤抑制作用可能廣泛存在。

由於具有複雜的調控功能以及能夠作為腫瘤的標誌物,circRNA一直是學術界研究的熱點。以上兩篇文章都突破性地證明了circRNA除了具有調控作用外,還能夠翻譯出蛋白質並且在蛋白質水平中發揮重要的生物學功能,開啟了circRNA研究的新方向。

中國的RNC-seq能找到幾千種可翻譯circRNA,甚至比德國的cell文章要多,所以有人戲稱「德國MDC就是炒冷飯」——在另一個組織裡面做,技術還沒咱們中國的好。

circRNA是一類長200到2000bp不等的特殊非編碼RNA分子,與傳統的線性RNA分子(比如mRNA等含5'和3'末端的RNA)不同,在一些順式作用元件和反式作用因子的介導下,RNA前體的相鄰外顯子區域反向剪切拼接,形成一種首尾相接的封閉環狀結構,這種環狀分子被稱為circRNA。

以往學術界認為circRNA具有以下的生物學功能:(1)circRNA分子內具有豐富的miRNA的結合位點,競爭性結合miRNA,從而解除miRNA對靶基因的抑制。(2)circRNA競爭性與RNA結合蛋白(RNA-binding protein,RBP)結合,影響RBP對靶基因的調控。(3)circRNA通過與靶基因的mRNA分子鹼基互補配對,影響靶基因的表達。

隨著上述文章發表,circRNA被證實也可能通過翻譯成蛋白質來發揮生物學功能。科研工作者研究circRNA遇到瓶頸,以前各種套路都做過了,但還是做不出來,現在就該考慮下,是否可能是因為這個circRNA能翻譯成蛋白質!

研究一個分子是否轉錄的工具已經非常成熟,但要如何研究一個分子是否翻譯呢?這就不得不提前面兩項重大研究成果中都用到的、研究翻譯的「神兵利器」——翻譯組測序。

翻譯組測序技術(準確稱為「全長翻譯中mRNA測序」,簡稱RNC-seq)是由承啟生物首席科學家、暨南大學張弓教授帶領團隊所開創,該技術能夠測定與核糖體結合的全長RNA分子,而與核糖體結合就意味著有翻譯事件的發生。在2014年,翻譯組測序技術就用來輔助蛋白質組的鑑定,用於找到已知和未知編碼基因的翻譯證據,被列為人類蛋白質組計劃的核心支柱之一。

而在剛結束不久的國家重點研發計劃重點專項的中期檢查中,與蛋白質組學相關的兩個項目《深度覆蓋的蛋白質組精準定量新技術》與《蛋白質修飾組的高維度鑑定及其功能網絡》,也藉助翻譯組測序,取得了重大進展(項目組已實現在單次蛋白質組質譜實驗中,鑑定細菌體內99%的蛋白質,鑑定人細胞內93%的蛋白質),在會上吸引了眾多專家的興趣。

那麼問題來了,這麼厲害的翻譯組測序技術看起來可有點難度,大傢伙都能用上不?

當然可以!目前,承啟生物是唯一擁有系列翻譯組測序技術專利的公司,提供多物種翻譯組測序及分析。並且,依託多學科交叉整合能力及FANSe系列高精度算法等自主技術,能夠修正科學問題,匹配更適合項目的解決方案,提供專業的個性化方案整體規劃與設計服務。

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