核糖核苷酸是RNA的基本單位，它們會在DNA複製和修復過程中嵌入基因組DNA，進而影響基因組的穩定性。然而，迄今為止人們還無法鑑定和定位這些插入DNA的核糖核苷酸。
為此，喬治亞理工學院和科羅拉多大學的科學家們開發了一種新測序技術，Ribose-seq。該技術可以鑑定和分析插入基因組DNA的核糖核苷酸，適用於包括人類在內的多種生物。這一成果發表在一月二十六日的Nature Methods雜誌上。
研究人員利用這一技術在釀酒酵母的細胞核和線粒體DNA中，繪製了核糖核苷酸的完全圖譜，鑑定了核糖核苷酸插入的「熱點」區域。研究顯示，核糖核苷酸嵌入很普遍但並不是隨機發生的。
「核糖核苷酸是DNA中豐度最高的非標準核苷酸，但迄今為止人們還無法確定它們的位置和類別，」喬治亞理工學院的副教授Francesca Storici說，他與科羅拉多大學的助理教授Jay Hesselberth共同領導了這項研究。「核糖核苷酸插入會改變DNA的結構和功能。」
核糖核苷酸裡的羥基（OH）能使DNA發生扭曲，形成敏感性位點。值得注意的是，OH和鹼性溶液之間的反應，會讓DNA更容易被切割。Ribose-seq就是利用這一反應來檢測核糖核苷酸插入事件的。
研究人員先在核糖核苷酸處切割DNA，然後在此基礎上構建DNA文庫，文庫中的DNA序列包含核糖核苷酸插入位點及其上遊序列。隨後，他們對文庫進行高通量測序，將測序讀取與參考基因組進行比對，最終獲得rNMP插入事件的基因組圖譜。
「Ribose-seq能夠特異性直接捕捉嵌入DNA的核糖核苷酸，」Storici指出。「這一技術適用於任何基因組DNA（從細胞核基因組、質粒DNA到線粒體DNA），不需要進行標準化。Ribose-seq還可以在DNA遭遇環境壓力發生斷裂和脫鹼基時分析rNMP。」
核糖核苷酸裡的羥基是ribose-seq的關鍵，「OH是核糖核苷酸特有的」文章的第一作者Kyung Duk Koh說。
研究人員在釀酒酵母中對這一方法進行了驗證。「不論是核糖核苷酸的插入位點，還是核糖核苷酸的組成都存在偏好，」Koh說。「我們找到了核糖核苷酸插入基因組的一些熱點。」人們可以在此基礎上鑑定不穩定的基因組區域，理解它們對DNA性能和活性的影響。
下一步，研究人員將把ribose-seq用於其它DNA，「這一技術可以用於任何生物的任何細胞類型，只要能提取出基因組DNA，」Koh說。
除了DNA修復和複製以外，藥物、環境壓力和其它因子造成的損傷也會使核糖核苷酸插入DNA。而Ribose-seq可以幫助人們研究這些過程產生的影響。
「Ribose-seq能讓我們更好的理解核糖核苷酸對DNA結構和功能的影響，」Storici說。「鑑定特徵性的核糖核苷酸插入，可以找到人類疾病的新生物學指標，比如癌症和退行性疾病。」（生物谷Bioon.com）
參考文獻：
doi：10.1038/nmeth.3259
Ribose-seq：global mapping of ribonucleotides embedded in genomic DNA
Kyung Duk Koh， Sathya Balachander， Jay R Hesselberth， & Francesca Storici，
Abundant ribonucleotide incorporation in DNA during replication and repair has profound consequences for genome stability， but the global distribution of ribonucleotide incorporation is unknown. We developed ribose-seq， a method for capturing unique products generated by alkaline cleavage of DNA at embedded ribonucleotides. High-throughput sequencing of these fragments in DNA from the yeast Saccharomyces cerevisiae revealed widespread ribonucleotide distribution， with a strong preference for cytidine and guanosine， and identified hotspots of ribonucleotide incorporation in nuclear and mitochondrial DNA. Ribonucleotides were primarily incorporated on the newly synthesized leading strand of nuclear DNA and were present upstream of (G+C)-rich tracts in the mitochondrial genome. Ribose-seq is a powerful tool for the systematic profiling of ribonucleotide incorporation in genomic DNA