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Nature子刊:北大生科院伊成器研究组报道全转录组假尿嘧啶RNA修饰谱图

标签:表观遗传 Ψ
摘要 : 来自北京大学的研究人员报道称,他们采用化学下拉(pulldown)方法揭示出了哺乳动物转录组的动态假尿嘧啶化 (pseudouridylation)。这一重要的研究成果发布在6月15日的《自然化学生物学》(Nature Chemical Biology)杂志上

2015年6月15日,北京大学生命科学学院伊成器研究组在Nature Chemical Biology杂志在线发表题为“Chemical pulldown reveals dynamic pseudouridylation of the mammalian transcriptome”的研究论文(DOI:10.1038/nchembio.1836)。文章报道了一种通过化学标记和富集手段实现全转录组水平上假尿嘧啶RNA修饰的单碱基分辨率测序技术CeU-Seq,并绘制了人和小鼠细胞转录组中假尿嘧啶RNA修饰的谱图。

转录后修饰在生命体中广泛存在(已发现100多种),而假尿嘧啶RNA修饰就是其中最主要的一种。假尿嘧啶在多种非编码RNA(tRNA、rRNA、snRNA等)上的功能与机制已有较多研究;然而,对于信使RNA(messenger RNA,mRNA)上假尿嘧啶的分布和潜在生物学功能,目前知之甚少。最主要的难题,就是如何实现假尿嘧啶在mRNA上的精准定位。

为了研究哺乳动物转录组中的假尿嘧啶修饰,伊成器课题组首先利用高分辨质谱对mRNA中的假尿嘧啶修饰进行定量,发现其广泛存在于各种细胞系及小鼠的组织当中,并且在哺乳动物mRNA中丰度相当高。该研究继而通过化学生物学、高通量测序等手段,发展了“CeU-Seq”——一种利用小分子化合物实现特异性标记与富集的假尿嘧啶高通量测序技术。利用这一技术,该研究成功实现了人细胞系以及小鼠(大脑与肝脏组织)全转录组水平的单碱基分辨率假尿嘧啶检测,发现在数千个mRNA与长非编码RNA(lncRNA)上都含有假尿嘧啶修饰。该研究进一步确定了多个可以作用于mRNA上的假尿嘧啶合成酶(其中PUS1、DKC1两种酶之前被发现与线粒体肌病、先天性角化不良等人类疾病相关),并且发现转录组中假尿嘧啶的含量与分布均会受到各种环境刺激的调控,呈现出“刺激条件特异性”的诱导修饰。因此,该研究不但揭示了假尿嘧啶的广泛存在、绘制了转录组中假尿嘧啶RNA修饰的高清谱图,也为这一转录后修饰参与基因表达调控的研究提供了重要工具、为近年来兴起的“RNA表观遗传学”领域提供了崭新的研究方向。新研究中采用的这些新方法使得可以全面地分析全转录组假尿嘧啶化,由此为开展Ψ-介导的表观遗传调控功能研究提供了有价值的工具。

北京大学生命科学学院博士生李笑雨(PTN-BBS联合培养项目),生命中心博士生朱平、博士生马士清是这篇论文的并列第一作者,生命科学学院伊成器研究员是该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、科技部973计划和北大-清华生命科学联合中心的资助。

 

CeU-Seq绘制人及小鼠全转录组假尿嘧啶RNA修饰谱图。(a)CeU-Seq流程图;(b)人细胞系及小鼠大脑和肝脏组织全转录组水平假尿嘧啶修饰分布;(c)转录组中假尿嘧啶修饰呈现出“刺激条件特异性”的特点。

原文标题:Chemical pulldown reveals dynamic pseudouridylation of the mammalian transcriptome

原文摘要:

Pseudouridine (Ψ) is the most abundant post-transcriptional RNA modification, yet little is known about its prevalence, mechanism and function in mRNA. Here, we performed quantitative MS analysis and show that Ψ is much more prevalent (Ψ/U ratio ~0.2–0.6%) in mammalian mRNA than previously believed. We developed N3-CMC–enriched pseudouridine sequencing (CeU-Seq), a selective chemical labeling and pulldown method, to identify 2,084 Ψ sites within 1,929 human transcripts, of which four (in ribosomal RNA and EEF1A1 mRNA) are biochemically verified. We show that hPUS1, a known Ψ synthase, acts on human mRNA; under stress, CeU-Seq demonstrates inducible and stress-specific mRNA pseudouridylation. Applying CeU-Seq to the mouse transcriptome revealed conserved and tissue-specific pseudouridylation. Collectively, our approaches allow comprehensive analysis of transcriptome-wide pseudouridylation and provide tools for functional studies of Ψ-mediated epigenetic regulation.

来源: Nature Chemical Biology 浏览次数:9

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