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.     

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.     

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.     

面向DNA甲基化修饰分析的质谱技术

DNA甲基化作为表观遗传修饰中一种重要的调控方式,通过调控基因的表达,从而影响机体内一系列的生物学过程。色谱-质谱法是研究DNA甲基化修饰的重要研究手段。随着对哺乳动物DNA甲基化的生物学功能的深入研究,应用于研究表观遗传修饰的手段与仪器设备越来越先进。为了对DNA修饰进行定性与定量的分析检测,除了高效液相色谱整合不同种类质量分析器的质谱联用（HPLC-MS）技术外,目前还开发应用了基质辅助激光解析质谱技术（MALDI-ToF-MS）和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）,从而极大拓展了DNA甲基化修饰研究的手段。本文对分析表观遗传DNA甲基化修饰的质谱技术发展进行综述,希望为DNA甲基化修饰分析提供有价值的研究策略。     

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。     

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。     

赖氨酸翻译后修饰蛋白质的化学(半)合成及其应用

天然蛋白质的翻译后修饰是表观遗传学的重要研究方向之一.最近几年,新型赖氨酸翻译后修饰模式的发现及其对染色体结构和基因转录的重大调控作用是表观遗传学研究重点之一,引起了生物学家的广泛关注.目前发展了一系列含有特定赖氨酸翻译后修饰蛋白质的制备新方法.系统总结了制备含有新型赖氨酸翻译后修饰蛋白质的最新化学生物学方法,包括生物正交反应策略、非天然氨基酸引入策略、"非天然氨基酸修饰法"策略等,并讨论其优缺点及应用前景.     

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.     

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.     

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。     

核酸G-四链体的识别、复合物结构与细胞内探测的研究进展

富含鸟嘌呤的DNA或RNA序列可以折叠成非典型G-四链体二级结构. G-四链体结构丰富多样,在生物体内动态存在,参与了转录、复制、基因组稳定性和表观遗传调控等关键的基因组功能,与癌症生物学密切相关. G-四链体的结构与功能机制研究促进了以G-四链体为靶点的肿瘤治疗干预.本文综合评述了核酸G-四链体的特异性识别、细胞内探测及生物学功能的调控,总结了识别靶向G-四链体的小分子及复合物结构的研究进展,讨论了以G-四链体为靶点的靶向干预及疾病治疗的可能性,最后展望了G-四链体未来研究所面临的挑战与机遇.     

核酸光化学生物学

光敏感基团作为光化学开关被广泛应用于各种生物过程的光调控中。特别是过去十几年内,核苷酸、寡聚核苷酸和DNA/RNA的光敏修饰策略得到了长足的发展,并在细胞信号传导和靶基因的功能调控等诸多生物学研究中发挥重要的作用。本文主要针对常用的光敏感基团、光敏感核酸及其化学生物学研究进展进行简要综述,并对未来核酸光化学生物学的研究进行了展望。     

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.     

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...     

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.     

代谢组学及其研究进展

1　代谢组学的定义和特点　　近年来,随着人类基因组测序工作的完成,人们对生命过程的理解有了很大的提高,研究的热点转移到基因的功能和几个“组学”研究,包括研究核糖核酸(RNA)转录过程的转录组学、研究某个过程中所有蛋白及其功能的蛋白组学、研究代谢产物的变化及代谢途径的代谢组学。　　代谢组学作为一门新发展的技术,它是通过考察生物体系受刺激或扰动后(如将某个特定的基因变异或环境变化后)其代谢产物的变化或其随时间的变化,来研究生物体系的代谢途径的一种技术[1];它所关注的是相对分子质量为1000以下的小分子。代谢组学的代表…     

SUMO化蛋白质组的富集策略研究进展

蛋白质的SUMO(Small ubiquitin-like modifier)化修饰是生物体内一类重要的翻译后修饰,与核转运、转录调控、基因完整性维持和细胞周期调控等重要生物学过程密切相关.然而由于SUMO本身天然丰度低以及氨基酸序列冗长,SUMO化修饰的分析鉴定一直是研究的热点和难点.为实现SUMO化蛋白质组的深度覆...     

生物正交反应法制备含有赖氨酸翻译后修饰类似物的蛋白质

翻译后修饰一直是表观遗传学的重要研究内容,尤其是近年来多种新型天然蛋白质中翻译后修饰被发现广泛存在于蛋白质组中。细胞生物学证明这些翻译后修饰对染色体结构和基因转录功能有关,但是其中具体的分子生物学机制还处于未知状态。为了后续的进一步研究,人们需要发展制备方法以求获取足量具有特定翻译后修饰的蛋白质。本文将讨论利用生物正交反应的手段制备含有这些新型赖氨酸翻译后修饰的蛋白的探索,期对教学与科研有助。     

金属锰暴露致神经毒性的多组学研究进展

锰是环境重金属污染物之一,长期暴露于金属锰或其无机化合物主要引发锰中毒或亚临床神经功能缺陷。锰暴露诱导的神经毒性对遗传易感性、基因表达调控、代谢稳态的影响机制复杂,涉及多靶点,然而常规机制研究往往只能局限于单一通路。鉴于工作场所和环境中重金属锰的分布日益广泛,需要更明确地界定锰的神经毒性作用网络,实现多靶点预防和治疗。多组学技术及其相关分析可在不同的功能水平上对疾病发生发展进程中的差异化进行描述。综述了基因组学、表观遗传学、转录组学、代谢组学在金属锰暴露致神经毒性中的研究结果,探讨潜在的代表性生物标志物,支持多组学方法的整合应用,构建锰的神经毒性作用网络,并对未来研究方向提出展望。     

生物分子的单分子检测研究

本文评述了生物单分子检测的方法及其在生物大分子结构与功能之间的关系、酶的活性、反应动力学、分子构象、DNA和RNA的转录、蛋白质折叠等生物学重要问题研究上的应用。对生物单分子检测技术这一研究领域的发展趋势作了展望。