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南京大学化学化工学院黄硕教授团队在RNA表观遗传修饰鉴定方面取得进展

2024/04/24


图 (a)高分辨工程化纳米孔检测RNA表观遗传修饰原理示意图;(b)RNA主要表观遗传修饰的结构及其单分子纳米孔指纹信号;(c)—(e)酵母苯丙氨酸tRNA(tRNAphe)修饰图谱检测

  在国家自然科学基金项目(批准号:21675083、91753108、31972917)等资助下,南京大学化学化工学院黄硕教授团队在RNA表观遗传修饰鉴定方法取得进展。相关研究成果以“利用工程化纳米孔鉴定核糖核苷酸及其表观遗传修饰 (Identification of nucleoside monophosphates and their epigenetic modifications using an engineered nanopore)”为题,于2022年7月18日发表在《自然·纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41565-022-01169-2。

  RNA表观转录组越来越受到科学家们的重视。迄今为止,在RNA上已经发现170种表观遗传修饰,他们在调节各种生命过程中发挥着至关重要作用,还与癌症、中风等人类疾病的发生密切相关。基于高通量二代测序的分析方法可以得到转录组RNA修饰的图谱,但该方法是利用抗体或化学分析来间接推断RNA修饰类型,但对于每一种修饰都需要开发专用且独特的流程,限制了其广泛应用。

  纳米孔测序为RNA修饰提供了一种无需逆转录的直接测序方法,但受限于有限的孔道分辨率,RNA修饰的读出错误率高,并且容易受到相邻位置的影响。为此南京大学黄硕教授团队构建了一种超高分辨的工程化纳米孔,可以准确地识别所有RNA核苷酸和发生在它们上的主要修饰。研究团队对八聚体耻垢分枝杆菌膜蛋白A (MspA) 纳米孔的其中一个单体理性设计,进而在孔道内最灵敏的识别位点精准引入唯一的苯硼酸适配器 (图a),实现了四种经典核苷酸(C, U, A, G), 5-甲基胞苷(m5C), N6 -甲基腺苷(m6A), N7 -甲基鸟苷(m7G), N1 -甲基腺苷(m1A),肌苷(I),假尿嘧啶(Ψ)和二氢尿嘧啶(D)的完全区分与同时检测 (图b),机器学习识别准确率高达99.6%。研究团队将该方法运用于天然RNA的表观遗传修饰鉴定,在RNA消化产物中实现了修饰核苷酸的直接定量分析,成功绘制胃肠癌标志物miRNA和酵母tRNA的修饰图谱 (图c—e)。

  该方法适用于大量核苷酸、核苷酸修饰及核苷酸衍生物的检测,为快速定量分析天然RNA中的表观修饰提供高分辨单分子分析工具,并为发展纳米孔RNA表观遗传测序提供了重要的设计策略和研究方法。


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