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.     

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——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。     

植物RNA修饰的功能及分析方法

除经典碱基外, RNA中还包含许多化学修饰.迄今,已经在生命体的三域系统中鉴定出超过150种RNA修饰类型.这些RNA修饰不改变RNA的序列,但会改变其结构和生化特性,从而调节基因的时空表达. RNA修饰作为表观遗传学研究的一个重要领域,在调控植物的生长发育和胁迫应激中起到至关重要的作用.近年来,随着分析技术,特别是RNA修饰测序技术的不断进步,对植物RNA修饰的功能和机制获得了深入的认识.本文主要介绍了植物RNA修饰的功能,总结了针对这些植物中RNA修饰的分析方法,以便为今后系统地开展植物中RNA修饰的研究提供参考.     

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...     

RNA生物标志物体外检测方法研究进展

RNA生物标志物主要包括编码蛋白的mRNA和非编码蛋白的microRNA (miRNA)、环状RNA (circula rRNA, circRNA)及长链非编码RNA (lncRNA)等.RNA生物标志物种类多,生物信息量丰富,相比DNA更能动态反映细胞生物学功能和调控过程,因此,RNA生物标志物的定量检测和表达分析对于细胞功能研究、疾病的诊断和治疗及预后监测等具有重要意义.本文重点介绍了常见RNA生物标志物mRNA、miRNA、circRNA和lncRNA体外检测方法的原理及研究进展,并对RNA生物标志物检测面临的挑战及发展趋势进行了展望.     

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.     

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。     

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.     

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.     

罗丹明B硅纳米粒子探针及其在蛋白芯片检测中的应用

本工作将罗丹明B分子通过共价结合的方式成功地包裹在二氧化硅纳米粒子中,制备的纳米粒子荧光强度和罗丹明B分子相比提高了1000倍.对此硅纳米荧光粒子进一步进行了链亲和素修饰,成功制备了可特异性结合生物素修饰蛋白的纳米荧光检测探针.以反相蛋白质芯片检测为模式,研究了此探针对微量蛋白的检测性能.实验中将不同微量浓度的人IgG固定于醛基修饰玻璃片表面,并加入生物素标记的抗人IgG,结果显示在800fg～100pg含量的微量蛋白检测中此纳米荧光探针具有良好的线性关系,最小蛋白检测量可达100fg.与商品化亲和素偶联cy3荧光探针对比分析发现,本方法制备的荧光探针对蛋白的检测灵敏度可提高8倍,且具有成本低,生物修饰简单等优点.     

DNA骨架磷硫酰化修饰的研究进展

DNA骨架磷硫酰化修饰是指在天然DNA骨架上发现的P-O键被P-S键替换的化学修饰, 属于首例生理修饰, 具有磷硫修饰的DNA在Tris缓冲体系中电泳时具有DNA降解表型. 研究发现DNA骨架磷硫修饰属于复制后修饰, 具有如下三个特征: R_p型立体修饰, 序列专一性、分布广泛性. 这种修饰由五个基因组成的dnd基因簇(dndA-E)编码的蛋白控制, 但这些蛋白具体的作用机制目前还不清楚. 为了将来更好地研究DNA磷硫修饰机制, 本文综述了DNA磷硫酰化修饰的发现历程, 特点, 参与DNA磷硫修饰的蛋白结构研究进展, 以及磷硫修饰的DNA作为抗氧化剂研究进展. 同时, 对DNA磷硫修饰机制、生理功能等研究目前所面临的困难, 如硫原子如何渗入DNA骨架, 参与DNA磷硫修饰的五个蛋白是如何协调作用完成DNA磷硫修饰的机理等难题进行了简单概括, 以为相关研究提出一些可能的方向.     

分子信标用于p53 mRNA的体外定量检测

根据p53基因的序列设计并合成了能特异性检测p53 mRNA的分子信标(MB), 发展了一种快速定量测定细胞内总RNA提取物中p53 mRNA的方法. 采用鼻咽癌(CNE2)细胞系和经RNA干扰技术降低p53基因表达的CNE2-p53RNAi细胞系, 抽提总RNA并用MB检测, 验证了MB的检测对象是p53 mRNA. 将该方法应用于多种肿瘤细胞内p53基因表达水平的分析, 表达变化趋势与经典的mRNA分析方法RT-PCR检测结果相符. 在此基础上, 用MB对5-氟尿嘧啶(5-Fu)处理的肺腺癌细胞(A549)进行了p53 mRNA的体外定量检测, 结果表明采用MB能够快速地获知该药物对细胞内p53 mRNA表达影响的信息.     

过渡金属修饰对铜箔电催化还原CO2的性能影响

CO2还原是一种解决温室效应以及能源短缺问题的有效方式.目前对于水溶液体系中的CO2还原,主要有光催化、电催化以及光电催化等方法,其中还原CO2法可在室温下进行,并较易实现大规模应用.由于金属电极在CO2电催化还原过程中表现较高电流密度和催化性能,使得目前研究的热点集中于金属电极的修饰改性.金属Cu与H2, CO结合能力适中,并且对生成碳氢化合物具有较好的催化性能,因此其在催化CO2还原中具有较大潜力.以往对于Cu的研究主要集中在表面修饰、调控表面结构以及制备合金等方向,其中对金属进行氧化后再还原的处理也是提高其催化活性的一种有效手段.氧化后还原得到的铜具有较大的粗糙度,且暴露的活性位点更多,对CO2还原具有较好的催化活性.我们对铜箔在空气氛围下、300oC焙烧5 h,然后恒电位还原,再进行过渡金属Ni、Zn、Au的修饰,研究所得样品电催化还原CO2性能.电极的表面形貌用扫描电镜表征, CO2还原的液相和气相产物分别用核磁和在线气相色谱进行检测.
　　修饰后电极的形貌没有发生太大变化,仍具有十分粗糙的表面结构.通过线性扫描伏安曲线可以看出,修饰Zn、Au后电流密度较未修饰前有明显增加,但是由于CO2还原过程中不可避免地伴随析氢副反应,因此,我们通过计算产物的法拉第效率来表征修饰后的电极对产物选择性的改变：未修饰时,在?1.2至?1.6 V均可检测到甲酸的生成,电位负于?1.4 V时可以检测到乙醇和正丙醇. Ni的修饰明显提高了甲酸的法拉第效率,也促进了正丙醇的生成.?1.3 V时甲酸的法拉第效率为26.0%,?1.5 V时液相产物的法拉第效率为34.3%.在线气相色谱结果发现, Ni的修饰也明显提高了CO的法拉第效率,在?1.4 V下, CO的法拉第效率为44.6%.这可能是由于Ni (r =0.1246 nm)的原子半径比Cu (r =0.1278 nm)更小,因此Ni的修饰会使Cu发生晶格收缩、导致d带中心下移而降低了CO的结合能,从而更易生成CO和HCOOH;而修饰Ni后对CO2还原产物正丙醇的提高可能是由于Ni的引入促进了C–C键的形成.修饰Zn后,甲酸的产率明显下降,在?1.6 V下甲酸的法拉第效率只有14.8%,但是乙醇与正丙醇的法拉第效率分别为1.6%与2.0%,相较于未修饰的电极略有提高.修饰Au后,液相产物甲酸及醇类的法拉第效率明显下降,在?1.5 V下,甲酸的法拉第效率只有7.9%,且只检测到少量的乙醇,未检测到正丙醇的生成,这可能与Au修饰后的电极对CO2还原中间体CO的吸附较弱有关,生成的CO中间体更易从表面脱附,而难以被进一步还原.     

CRISPR/Cas9基因编辑非病毒递送系统

规律间隔成簇短回文重复序列及相关蛋白9(CRISPR/Cas9)系统的基因编辑技术为哺乳细胞基因组的精准修饰与编辑研究提供了高效、快捷的工具,但其化学生物学应用依然面临着CRISPR基因编辑工具Cas9蛋白和g RNA的细胞及活体递送等问题.近年来,研究人员通过开发多种非病毒递送载体,实现了编码CRISPR/Cas9基因编辑工具的DNA和信使RNA(mRNA)以及Cas9/gRNA核糖核蛋白(RNP)复合物的递送,并应用于靶基因的化学修饰与编辑调控.本文主要概述了近期CRISPR/Cas9基因编辑递送的研究进展,并对其化学生物学应用前景进行了展望.     

过渡金属修饰对铜箔电催化还原CO_2的性能影响（英文）

CO_2还原是一种解决温室效应以及能源短缺问题的有效方式.目前对于水溶液体系中的CO_2还原,主要有光催化、电催化以及光电催化等方法,其中还原CO_2法可在室温下进行,并较易实现大规模应用.由于金属电极在CO_2电催化还原过程中表现较高电流密度和催化性能,使得目前研究的热点集中于金属电极的修饰改性.金属Cu与H2,CO结合能力适中,并且对生成碳氢化合物具有较好的催化性能,因此其在催化CO_2还原中具有较大潜力.以往对于Cu的研究主要集中在表面修饰、调控表面结构以及制备合金等方向,其中对金属进行氧化后再还原的处理也是提高其催化活性的一种有效手段.氧化后还原得到的铜具有较大的粗糙度,且暴露的活性位点更多,对CO_2还原具有较好的催化活性.我们对铜箔在空气氛围下、300oC焙烧5 h,然后恒电位还原,再进行过渡金属Ni、Zn、Au的修饰,研究所得样品电催化还原CO_2性能.电极的表面形貌用扫描电镜表征,CO_2还原的液相和气相产物分别用核磁和在线气相色谱进行检测.修饰后电极的形貌没有发生太大变化,仍具有十分粗糙的表面结构.通过线性扫描伏安曲线可以看出,修饰Zn、Au后电流密度较未修饰前有明显增加,但是由于CO_2还原过程中不可避免地伴随析氢副反应,因此,我们通过计算产物的法拉第效率来表征修饰后的电极对产物选择性的改变:未修饰时,在-1.2至-1.6 V均可检测到甲酸的生成,电位负于-1.4 V时可以检测到乙醇和正丙醇.Ni的修饰明显提高了甲酸的法拉第效率,也促进了正丙醇的生成.-1.3 V时甲酸的法拉第效率为26.0%,-1.5 V时液相产物的法拉第效率为34.3%.在线气相色谱结果发现,Ni的修饰也明显提高了CO的法拉第效率,在-1.4 V下,CO的法拉第效率为44.6%.这可能是由于Ni(r=0.1246 nm)的原子半径比Cu(r=0.1278 nm)更小,因此Ni的修饰会使Cu发生晶格收缩、导致d带中心下移而降低了CO的结合能,从而更易生成CO和HCOOH;而修饰Ni后对CO_2还原产物正丙醇的提高可能是由于Ni的引入促进了C–C键的形成.修饰Zn后,甲酸的产率明显下降,在-1.6 V下甲酸的法拉第效率只有14.8%,但是乙醇与正丙醇的法拉第效率分别为1.6%与2.0%,相较于未修饰的电极略有提高.修饰Au后,液相产物甲酸及醇类的法拉第效率明显下降,在-1.5 V下,甲酸的法拉第效率只有7.9%,且只检测到少量的乙醇,未检测到正丙醇的生成,这可能与Au修饰后的电极对CO_2还原中间体CO的吸附较弱有关,生成的CO中间体更易从表面脱附,而难以被进一步还原.     

温敏核不育系水稻株1S及其矮秆突变SV14茎的蛋白质组学比较

采用双向凝胶电泳对温敏核不育水稻株1S和其矮秆突变体SV14的茎(穗颈下第1节和第2节)蛋白进行了分离,通过银染显色,获得了分辨率和重复性较好的双向电泳图谱.选取了26个蛋白质点采用MALDI-TOF-MS进行肽质谱指纹图分析,最终有12个蛋白质点得到了可靠鉴定.其中在SV14中相对于株1S上调的仅有OSJNBa0039C07.13 蛋白,其它蛋白均表现为下调.这些差异蛋白按照功能可分为4类: (1) 能量代谢相关蛋白;(2) 次生代谢相关蛋白;(3) 调控蛋白;(4) 未知蛋白.对光合系统Ⅱ氧延伸复合物蛋白质前体2,果糖二磷酸醛缩酶,UDP-葡糖醛酸脱羧酶对应的基因进行了半定量RT-PCR分析,发现这几个基因与蛋白质的表达不一致,可能是RNA发生了翻译后修饰而减少了蛋白表达量的结果.这些差异蛋白很可能与水稻矮化有关,为水稻矮秆基因的寻找提供了另一个有效途径.     

乙酰化蛋白的质谱鉴定研究

报道了两种生物质谱技术ESI-MS和MALDI-MS在鉴定乙酰化修饰蛋白BSA-ac中的应用研究结果. 乙酰化修饰蛋白通过特征碎裂峰m/z 126.1或MS/MS质谱图中相差一个赖氨酸的相邻b或y离子之间170 Da分子量的差异确证赖氨酸乙酰化修饰, 并且后者提供具体修饰位点信息. 研究提示ESI-MS和MALDI-MS两种质谱技术均可用于鉴定实际复杂样品中的乙酰化蛋白, 且在乙酰化蛋白的鉴定中各有其优点.     

翻译后修饰Tau蛋白及其化学全/半合成

Tau蛋白是一种微管相关蛋白,有6种亚型,由352~441氨基酸组成。Tau蛋白的错误折叠和聚集与Tau蛋白病(Tauopathies),如阿尔茨海默病(AD)密切相关。目前在临床患者样本中可检测到具有各种翻译后修饰的Tau蛋白,这些翻译后修饰可能是AD发病机制的关键因素。本文综述了Tau蛋白常见的翻译后修饰,尤其是退行性疾病相关的翻译后修饰,以及化学全/半合成制备具有特定位点修饰、均一的Tau蛋白的进展。通过回顾翻译后修饰Tau蛋白的研究,可以更深入理解翻译后修饰对Tau蛋白的生理和病理作用,阐明翻译后修饰的调控机制,为相关疾病诊疗研究打下基础。     

亚硫酸钠介导的S4U转化检测转录组新生RNA中m6A

发展了亚硫酸钠介导的4-硫代尿苷(s4U)转化为胞苷(C)的方法,用s4U标记新生RNA,通过反应将s4U转化为C可成功检测新生RNA.将新生RNA使用s4U标记后进行反应,再使用m6A抗体对m6A片段进行富集,从m6A中分析T到C突变位点便成功区分出含m6A的新生RNA.该方法有希望应用于单个基因上m6A的动态变化检...