Nature子刊,|,连续取得进展!北京大学伊成器团队开发新的技术,揭示了人类转录组中的动态m6Am甲基化

N6,2'-O-二甲基腺苷是与mRNA帽相邻的末端修饰,是一种新发现的可逆RNA修饰。然而,缺乏直接映射全转录组m6Am的特定且敏感的工具。m6Am-seq直接区分m6Am和5'-UTRN6-甲基腺苷,并能够以单碱基分辨率识别m6Am和人类转录组中的5'-UTRm6A。总的来说,m6Am-seq揭示了高可信度的m6Am和5'-UTRm6A甲基化组,并为两种表观转录组标记的功能研究提供了强大的工具。进一步的功能实验表明,m6A甲基化负调控SARS-CoV-2感染。

来源:iNature(ID:Plant_ihuman)

N6,2'-O-二甲基腺苷 (m6Am) 是与 mRNA 帽相邻的末端修饰,是一种新发现的可逆 RNA 修饰。然而,缺乏直接映射全转录组 m6Am 的特定且敏感的工具。

2021年8月6日,北京大学伊成器团队在Nature Communications在线发表题为“m6Am-seq reveals the dynamic m6Am methylation in the human transcriptome”的研究论文,该研究报告了基于选择性体外去甲基化和 RNA 免疫沉淀的 m6Am-seq方法。

m6Am-seq 直接区分 m6Am 和 5'-UTR N6-甲基腺苷 (m6A),并能够以单碱基分辨率识别 m6Am 和人类转录组中的 5'-UTR m6A。使用 m6Am-seq,该研究还发现 m6Am 和 5'-UTR m6A 对刺激有动态反应,并确定可能促进细胞应激反应的关键功能甲基化位点。总的来说,m6Am-seq 揭示了高可信度的 m6Am 和 5'-UTR m6A 甲基化组,并为两种表观转录组标记的功能研究提供了强大的工具。

另外,2021年6月7日,北京大学伊成器团队在Nature Methods在线发表题为“Detect-seq reveals out-of-protospacer editing and target-strand editing by cytosine base editors”的研究论文,该研究报告了用于评估 CBE 特异性的 Detect-seq。它能够在全基因组水平上灵敏检测 CBE 诱导的脱靶位点。Detect-seq 利用化学标记和生物素下拉来追踪编辑中间体脱氧尿苷,从而揭示 CBE 的编辑组。除了独立于 Cas9 和典型依赖于 Cas9 的脱靶位点之外,该研究还发现了原始间隔区序列之外(即原始间隔区外)和目标链(与单向导 RNA 配对)上的编辑。这种意外的脱靶编辑很普遍,并且可以表现出很高的编辑率,而它们的发生表现出细胞类型依赖性,无法根据 sgRNA 序列进行预测。此外,该研究在测试的目标位点附近发现了原始间隔区和目标链编辑,挑战了 CBE 不会诱导近端脱靶突变的常识。总的来说,该研究的方法允许对 CBE 编辑组进行无偏见分析,并为各种新兴基因组编辑工具的特异性评估提供广泛适用的工具(点击阅读)。

2021年1月28日,军事医学科学院秦成峰及北京大学伊成器共同通讯在Cell Research在线发表题为“The m6A methylome of SARS-CoV-2 in host cells”的研究论文,该研究证明了在人和猴细胞中SARS-CoV-2基因组RNA以及负义RNA中的N6-甲基腺苷(m6A)是动态修饰的。结合的RIP-seq和miCLIP分析在基因组中以单碱基分辨率鉴定出总共8个m6A位点。进一步的功能实验表明,m6A甲基化负调控SARS-CoV-2感染。SARS-CoV-2感染还触发了宿主m6A甲基化组的整体增加,在mRNA中显示出m6A甲基化的定位和基序改变。总而言之,该研究结果确定m6A是介导病毒与宿主相互作用的动态转录组标记(点击阅读)。

迄今为止,已经发现了 160 多种不同的化学修饰。N6-甲基腺苷 (m6A) 是真核生物中 mRNA 和 lncRNA 最丰富的内部修饰。除了 m6A 之外,高等真核生物中还存在另一种可逆修饰,称为 N6, 2'-O-二甲基腺苷 (m6Am),它恰好位于第一个转录的核苷酸处,因此与 mRNA的帽结构相邻。总共有 50-80% 的腺苷起始哺乳动物 mRNA 被认为是 m6Am 修饰的。它由 PCIF催化,PCIF是一种与 RNAPII的磷酸化 CTD 相互作用的蛋白质,并且可以被 m6A去甲基酶 FTO去除。因此,m6Am 受 FTO 和 PCIF1 动态调节,导致帽表观转录组学的方向。

用于各种 RNA 修饰的全转录组测序技术的发展极大地促进了表观转录组学领域。m6Am/m6A 映射最广泛使用的方法依赖于 m6A 抗体,它不区分两种功能不同的修饰。虽然 m6A 在终止密码子周围富集,但很难将 m6Am 与 5'-UTR m6A 区分开来,后者构成 m6A 甲基化组的重要组成部分,并已被证明在各种生物过程中具有重要的功能。

已经努力区分这两种修饰;然而,它们存在 UV 交联效率低、TSS 注释不准确以及 5' 核酸外切酶活性有限的问题,从而影响了 m6Am 检测的灵敏度和精度。虽然 PCIF1 敲除 (KO) 细胞系的使用提高了 m6Am 检测的可信度 ,但它是一种间接方法,与基因操作具有挑战性的人体组织和生物样本中的表观转录组分析不兼容。因此,非常需要一种灵敏且直接的全转录组 m6Am 鉴定方法。

在这里,该研究开发了 m6Am-seq 来研究 m6Am 在人类转录组中的流行、拓扑和动态。m6Am-seq 依赖于体外去甲基化反应,该反应选择性去除 m6Am,同时保持 m6A 完整,从而在 mRNA 帽和 5'-UTR m6A 上区分真正的 m6Am。

使用 m6Am-seq,该研究从整个人类转录组的 1652 个峰和 1307 个 5'-UTR m6A 峰中以碱基分辨率鉴定了 2166 个 m6Am 位点。此外,该研究表明 m6Am 和 5'-UTR m6A 对热休克和缺氧条件有动态反应,并确定了数百个应激诱导的 m6Am 和 5'-UTR m6A 峰,它们可以介导对应激源的适应性反应。总之,该应激提供了一个工具来直接和选择性地区分和分析 m6Am 和 5'-UTR m6A;该研究预计 m6Am-seq 将为未来 m6Am 在各种生物系统中的功能研究铺平道路。

参考消息:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25105-5

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