RNA修饰分析方法研究进展

迄今为止,在RNA分子中发现150多个转录后修饰。研究表明RNA中大量动态、可逆的修饰具有多种生物学功能,能够参与真核生物基因表达的调控。因此,了解RNA修饰的动态分布、机制、调控和功能可以扩展人们对生命体调控机制的深入认识和理解。破译RNA修饰的生物学功能主要依赖于对这些修饰的精确检测、定量和定位分析。近10年来,用于RNA修饰的分析方法得到显著发展,促使RNA修饰领域发生了巨大变革。该文总结了RNA修饰分析方法的原理、优点和缺点,并对RNA修饰研究技术的发展进行了展望。     

N4-乙酰胞苷RNA检测技术的研究进展

细胞中的mRNA和非编码RNA包含着大量的表观化学修饰.在这些修饰中, N⁴-乙酰胞苷(ac4C)是较为独特的一种,在真核生物和原核生物的tRNA, rRNA和mRNA中均有发现.研究表明, ac4C RNA可能具有多种生物学功能,包括调节蛋白的翻译过程、影响RNA的稳定性及改变RNA-蛋白相互作用等.但当前对其修饰路径的研究还不成熟,催化ac4C RNA形成的乙酰转移酶目前仅有NAT10被鉴定出来.不仅如此,目前对ac4C RNA进行检测和测序的技术手段还相当局限.本文综合评述了ac4C RNA的分布以及在基因表达调控中的作用和机制,重点介绍了ac4C RNA的检测技术,并对ac4C RNA当前研究中的不足和机遇进行了总结和展望.     

修饰组学:解析修饰生物分子功能

基因的时空表达通过转录、翻译和蛋白翻译后修饰这3个层面进行调控.目前在基因组DNA、RNA和蛋白质上发现了丰富的化学修饰.这些化学修饰被认为是调控基因时空表达的另一种新机制.截至目前,在核酸和蛋白质中已经分别发现了超过150和400种不同类型的修饰,阐明这些修饰的生理功能有助于促进对生命体调控机理和运行机制的认识和理解.包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学在内的组学研究已经蓬勃发展了几十年.鉴于DNA、RNA和蛋白质上含有丰富多样和具有调控作用的化学修饰,本文从修饰和组学的角度提出了新的概念:修饰组学.修饰组学主要是指对DNA修饰、RNA修饰和蛋白质修饰的系统和综合研究.本综述通过介绍DNA、RNA和蛋白质上的化学修饰,总结了它们的生物学功能,探讨了修饰之间的相互作用从而阐释修饰组学,希望为DNA、RNA和蛋白质修饰提供一个系统的蓝图,并促进对其功能的研究.     

RNA表观遗传修饰及其纳米检测探针研究进展

核酸是生物体内最重要的生物分子之一,是遗传的重要物质基础.作为遗传物质,核酸通过脱氧核糖核苷酸d A、d T、d G、d C及相应的核糖核苷酸A、G、C、U之间千变万化的排列组合来编码遗传信息.除了这些常规的核苷酸外,核酸中还存在很多修饰的核苷酸结构,这在RNA中尤为明显.在众多的核酸修饰中,那些可逆的,并且可遗传的修饰,即表观遗传学修饰,在近年来受到更多关注,这是由于它们与基因表达调控、疾病发生、生长发育等重要的生命过程息息相关.RNA表观遗传修饰目前主要是指N6-甲基腺嘌呤,这是RNA中相对含量最高的修饰类型.最近几年,其生物功能研究领域中涌现出了大量激动人心的成果.此外,RNA中存在的假尿嘧啶核苷,最近也被提出具有表观遗传方面的功能.本文主要针对这两种RNA的表观遗传修饰及其相关生物功能展开讨论,总结这个热门命题的最新研究进展.同时,对于具有重要生物功能的RNA表观遗传修饰的检测研究也非常重要,其与功能研究能够相互辅助,因此本文也将讨论在检测方面的新方法,主要考虑纳米材料在该方面的应用.     

检测核酸表观遗传修饰的测序方法

生物个体中的所有体细胞享有相同的遗传信息,但具有不同的RNA表达亚群和蛋白组,在特定的时间,实际上只有部分基因被表达并执行其功能.近年来,表观遗传学研究的突破在一定程度上帮助人们理解了基因表达的调控. DNA、 RNA和蛋白质这3类生物大分子在合成后都会进行化学修饰,这些修饰几乎涉及所有生物过程的调控.迄今,已经在DNA和RNA中分别鉴定出超过17种和160种化学修饰,对DNA和RNA修饰的各种生物学功能的研究兴趣推动了表观基因组学和表观转录组学前沿领域的发展.开发化学和生物学工具来检测基因组或转录组中的特定修饰是表观基因组学和表观转录组学研究的关键,本文综述了一些常见的核酸修饰的高通量测序方法,提出现有方法中的一些瓶颈以及可能的创新方法.     

基于化学衍生-质谱技术的生物与临床样本中核酸修饰分析

除了经典碱基外,核酸(DNA和RNA)中还包含许多化学修饰。迄今为止,已经在核酸中鉴定了超过150多种化学修饰。这些化学修饰不会改变核酸的序列,但会改变它们的结构和生化特性,最终调节基因的时空表达。阐明这些修饰的功能可以促进对生命体生理调控机制的深入认识和理解。然而,核酸修饰在体内的丰度通常很低。因此,高灵敏和特异的检测方法对破译这些修饰的功能至关重要。化学衍生与质谱技术相结合对内源性低丰度核酸修饰展现出很好的分析能力。在过去几年中,研究者建立了多种基于化学衍生-质谱分析的分析方法,用于灵敏、高效地分析核酸修饰。该文总结了通过化学衍生-质谱分析方法来破译核酸修饰的最新进展,希望能促进未来对核酸修饰功能的深入研究。     

纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用

DNA和RNA上广泛存在着多种化学修饰.这些核酸修饰参与基因表达的调控,影响生长发育等生理过程,并可能会引发癌症等疾病.对核酸修饰的精准识别与定位有助于理解其功能机制,帮助相关疾病的诊断与治疗.纳米孔测序是一种新兴的单分子测序技术,可以根据修饰碱基与天然碱基之间阻孔信号的差异实现核酸序列中多种修饰的同时检测,是目前检测核酸修饰最直接的方法.本文简要介绍了纳米孔测序技术的发展和原理以及识别核酸修饰的算法工具,总结了纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用,并对其发展前景进行了展望.     

RNA表观遗传修饰——N~6-甲基腺嘌呤与植物的生长发育

RNA表观遗传修饰N~6-甲基腺嘌呤(m~6A)是真核生物信使RNA(mRNA)上存在的最为广泛的中间化学修饰。它在哺乳动物中存在较为广泛,证实m~6A为mRNA上的动态可逆化修饰,它由甲基转移酶复合物(编码器)催化形成,同时可以被去甲基酶(消码器)氧化去甲基;m~6A可以被结合蛋白(读码器)识别,进而调控mRNA的剪接、稳定性、翻译、出核等。相较之下,m~6A在植物中的研究较少。本文将简要回顾目前m~6A的研究进展,重点综述m~6A在植物中的研究结果,展望m~6A在植物生长发育和应对外界刺激时的潜在重要功能。     

RNA结合蛋白的组学解析与功能探索

转录后调控在生理过程中占据十分重要的地位,其分子机制包含大量的核糖核酸(RNA)与蛋白质之间的相互作用.在RNA的整个生命周期中, RNA结合蛋白(RBPs)是相当关键的参与者和执行者,影响了细胞生理过程的运行及机体稳态的维持.研究RNA结合蛋白质组,可以为发掘生物标志物、寻找疾病治疗的靶标提供重要信息.近年来,捕捉RBPs的手段推陈出新,从只能富集特定RNA的结合蛋白发展至可以实现全局性的RBPs鉴定,并对RBP的性质如空间分布、翻译后修饰所产生的影响进行了探索.聚焦于RBPs的组学解析手段以及功能蛋白质组探索,介绍现有的技术,总结技术特点并分析其所存在的问题,最后展望RBP组学研究技术改进的方向和应用前景.     

RNA切割型脱氧核酶在致病菌检测中的研究进展

脱氧核酶是通过体外筛选技术得到的具有催化功能的单链寡核苷酸分子. 随着体外筛选技术的发展, 越来越多的脱氧核酶被筛选出来. 其中, 靶向细菌的具有RNA切割作用的脱氧核酶(RNA-cleaving DNAzyme, RCD)同时拥有分子识别和催化RNA裂解的功能, 且具有设计灵活、 易于制备和修饰、 成本低廉等优势, 在致病菌检测领域获得了广泛的关注和应用, 为致病菌的早期发现和预防提供了全新的分子工具. 本文系统总结了RCD在致病菌检测中的研究和应用, 并对其面临的问题和未来发展前景进行了展望.     

封面说明

正随着基础生命科学和基因重组技术的发展,核酸药物研究在国际上受到更加广泛的重视.小干扰RNA(small interfering RNA,si RNA)是最具临床应用前景的核酸药物之一,它能够在细胞质中有效抑制靶m RNA,从而在更早阶段阻止疾病的发生和发展.但稳定性差、难以跨膜等问题阻碍了它在临床上的应用.核苷酸单元的结构修饰或缀合物构建,均可一定程度上提高si RNA的成药性.本期封面文章针综述     

药物的聚乙二醇修饰研究进展

简要介绍了聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)的生理化学特性, 药物的聚乙二醇修饰的优势, 详细介绍了蛋白质药物和小分子药物的聚乙二醇修饰技术及其在药物研究中的应用进展, 认为药物的聚乙二醇修饰技术通过改变药物的分子结构, 可以有效地改善药物动力学和药效等性质, 增加注射药物的临床应用范围. 同时基于药物的聚乙二醇修饰技术的优势和研究现状, 评述了药物的聚乙二醇修饰技术的发展前景.     

RNA中腺嘌呤编辑分析方法研究进展

RNA腺嘌呤编辑(Ade-to-Ino)是RNA上最丰富的转录后修饰之一.腺苷到肌苷的转变通过作用于RNA上的腺苷脱氨酶(ADARs)催化腺苷C6位上的氨基水解脱氨产生.RNA腺嘌呤编辑参与调控基因表达和蛋白功能.研究发现异常的RNA腺嘌呤编辑与多种人类疾病相关.深入研究RNA腺嘌呤编辑的生理功能需要高灵敏检测、准确定...     

蛋白质巯基亚硝基化分子机制及其疾病相关性

蛋白质翻译后修饰对蛋白质生物学功能起着至关重要的作用.蛋白质巯基亚硝基化(S-nitrosylation,SNO)是一种一氧化氮相关的氧化还原型可逆修饰.它广泛存在于动物、植物和微生物中.近年来的研究表明SNO与蛋白质修饰位点的精细化学结构紧密关联,其中可能存在多种尚未证实的中间体.另一方面,研究发现SNO与肿瘤、炎症、衰老、阿尔茨海默症和帕金森综合症等许多重大疾病相关.为了进一步药物发现与疾病治疗研究的需要,本文对SNO的形成机理与研究现状进行了系统总结,并着重介绍了SNO与相关疾病的研究进展.     

非天然氨基酸引入法制备含有新型赖氨酸翻译后修饰蛋白质

近年来多种天然蛋白质中赖氨酸翻译后修饰被逐渐发现。这些翻译后修饰在蛋白质组中广泛存在,对染色体结构和基因转录表达功能具有重要的调控作用。然而,获得足量的具有特定翻译后修饰的蛋白质并非易事,发展制备方法对于后续表观遗传学研究极为重要。讨论了利用非天然氨基酸引入的手段制备含有这些新型赖氨酸翻译后修饰的蛋白。     

DNA甲基化修饰的定位分析方法研究进展

5?甲基胞嘧啶(5?Methylcytosine,5mC)作为DNA中研究最为广泛的表观遗传修饰,不改变基因的序列,但是可以调控基因表达,从而在生命体的生长、发育和疾病发生中发挥着重要作用.研究5mC的分布、变化及作用机制有助于加强对生命体活动本质的理解.阐明基因组DNA中5mC修饰的生物学功能主要依赖于精准破译其在基...     

烷基修饰寡聚脱氧核苷酸磷酸残基的化学合成及稳定性研究

分别采用格氏试剂和三氯化磷三步取代法合成了4个新的烷基修饰磷酸残基的亚磷酸酰胺单体, 其结构经1H NMR和31P NMR表征. 利用这些单体合成模型序列5'-dTTTx TT-3', 考察了单体及寡聚核苷酸序列在DNA/RNA合成条件下的稳定性, 提出了固相合成含有烷基修饰磷酸残基的寡聚核苷酸序列裂解及脱保护条件.     

化学干预N6-甲基腺嘌呤修饰的研究进展

信使RNA(Messenger RNA, mRNA)上存在众多修饰,包括N⁶-甲基腺嘌呤修饰(N⁶-methyladenosine, m⁶A)、N¹-甲基腺嘌呤修饰(N¹-methyladenosine, m¹A)及胞嘧啶甲基化(5-methylcytosine, m⁵C)等.其中, m⁶A是mRNA内部修饰碱基中占比最高的一种,影响着mRNA的5′和3′端加工、在细胞中的定位、降解和翻译等过程,并在转录后调控基因表达水平,以此参与胞内的多种生理活动.本文综合评述了m⁶A修饰的分子机制及其与多种疾病的关系,概述了m⁶A鉴定技术的发展历程,重点讨论了m⁶A化学干预的最新研究进展,以期让读者全面了解m⁶A修饰,并为后续开发针对m⁶A修饰的小分子药物提供参考.     

人T细胞中核酸结合亲环素(hCyP33)与 poly(A)+RNA(mRNA)特异性结合

人亲环素33(human cyclophilin 33, hCyP 33)是1996年发现的一个蛋白质. 它由1个N-端的RNA结合团块、1个C-端的亲环素团块和两者之间的连接部分组成. RNA结合蛋白(RNA-binding protein, RBP)是参与真核生物RNA转录后剪接(splicing)、修饰(modification)和输送(transport)等功能的一类蛋白质. 亲环素具有肽脯氨酰顺反异构酶活性, 在蛋白质折叠、输送和相互作用过程中起着关键作用. 器官移植时使用的免疫抑制剂环胞菌素A (cyclosporin A, CsA)能与亲环素类蛋白质结合, 并抑制它们的酶活性. 但是同时具有这两种不同功能的亲环素33在细胞生理过程中到底起了什么作用, 至今尚不清楚. 用离子交换色谱法和亲和吸附的方法研究了人亲环素33与各种细胞RNA的结合特异性, 证实了人亲环素33只同具有poly(A)尾序列结构的mRNA, 即poly(A)⁺ RNA发生特异性结合.     

HPLC/ESI-Q-TOF MS鉴定淋巴癌患者尿液中的修饰核苷

尿液修饰核苷反映了机体RNA的代谢速率及细胞增殖状况, 可以作为非常有发展潜力的肿瘤标志物进行研究. 尿液中的修饰核苷采用Oasis®HLB固相萃取柱进行纯化, 利用高效液相色谱与电喷雾质谱联用(HPLC-ESI-MS)、高分辨质谱(HRMS)及串联质谱(MS/MS)技术进行分离鉴定. 对淋巴癌患者尿中修饰核苷研究发现, 9种尿液核苷与标样的信息完全一致, 17种无标样的尿液修饰核苷也被鉴定, 其中包括3-甲基腺苷、7-甲基腺嘌呤、5′-脱氢-2′-脱氧次黄苷、3-甲基鸟嘌呤、O6-甲基鸟苷和7-甲基-1-乙基鸟苷6种未见报道的新尿液修饰核苷. 此方法能在无对照品的情况下快速、准确地提纯、分离和鉴定复杂的生物样品.