曾經(jīng)被認(rèn)為僅僅是DNA和蛋白質(zhì)之間的中間人的RNA現(xiàn)在被認(rèn)為是許多調(diào)節(jié)過程可以起作用以允許基因表達(dá)的靈活性以及因此細(xì)胞和組織的功能的階段。在賓夕法尼亞大學(xué)植物細(xì)胞雜志的一份新報告中，生物學(xué)家使用來自人類和植物的材料來檢查對信使RNA或mRNA的化學(xué)修飾，發(fā)現(xiàn)修飾似乎在mRNA存活過程中發(fā)揮重要作用并被轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)或成為降解的目標(biāo)。他們的分析還揭示，編碼參與應(yīng)激反應(yīng)的蛋白質(zhì)的mRNA比其他mRNA分子更容易被修飾，暗示這些修飾可能提供一種機(jī)制，通過這種機(jī)制，生物體可以在轉(zhuǎn)錄后水平動態(tài)響應(yīng)改變他們的環(huán)境。

該研究由賓夕法尼亞大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物系助理教授Brian D. Gregory和格雷戈里實驗室研究生Lee E. Vandivier領(lǐng)導(dǎo)。共同作者包括來自Gregory實驗室的Rafael Campos和Ian M. Silverman，以及來自賓夕法尼亞大學(xué)Perelman醫(yī)學(xué)院的Pavel P. Kuksa和Li-San Wang。

一次存在于生物體中的所有RNA序列的快照稱為轉(zhuǎn)錄組; 在這項研究中，研究人員希望檢查可能繼續(xù)影響基因表達(dá)的RNA分子序列或修飾。

Gregory開創(chuàng)了研究RNA如何被調(diào)節(jié)的新技術(shù)，包括一種識別與RNA結(jié)合蛋白相互作用位點的方法，稱為PIP-seq。在這項研究中，他，Vandivier及其同事使用了Gregory和Wang共同設(shè)計的另一種技術(shù)，稱為HAMR，用于修飾核糖核苷酸的高通量注釋。該方法允許鑒定RNA分子中的核苷酸，所述核苷酸在從DNA轉(zhuǎn)錄后被修飾。

“隨著這些變化，你正在增加RNA分子可能具有的潛在化學(xué)特性，”格雷戈里說。“你不僅要擁有A，C，U和G，而且?guī)缀蹩梢韵氲剿械淖兓?rdquo;早期的工作已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過100種這些類型的共價修飾，主要是在不編碼蛋白質(zhì)的RNA分子中，例如轉(zhuǎn)移RNA和核糖體RNA。

然而，在這項研究中，研究人員希望研究信使RNA的修飾，信使RNA是負(fù)責(zé)將特定核苷酸序列翻譯成特定氨基酸序列以構(gòu)建蛋白質(zhì)的瞬時分子。

利用HAMR技術(shù)，該團(tuán)隊研究了兩種人類細(xì)胞系的外轉(zhuǎn)錄組以及來自擬南芥(一種典型的植物模型生物)的未成熟花蕾。他們專門研究改變Watson-Crick堿基配對邊緣的修飾，或者是負(fù)責(zé)mRNA堿基配對能力的邊緣。他們對從早期研究中收集的三個不同RNA文庫進(jìn)行了HAMR分析：一個由小RNA組成，一個是多腺苷酸化的RNA，被認(rèn)為是穩(wěn)定的，另一個是在降解過程中的RNA。

在這三組中，他們發(fā)現(xiàn)降解mRNA文庫與其他兩組相比具有優(yōu)勢的修飾，表明這些修飾或者是引起降解或者是標(biāo)記降解的結(jié)果。“人們可能沒有考慮這些修改，因為他們沒有考慮降解RNA分子，”格雷戈里說。“但我們應(yīng)該這樣做，因為降解RNA分子就是你如何調(diào)節(jié)它。當(dāng)你想停止制造蛋白質(zhì)時，你會降解mRNA。”

在穩(wěn)定的RNA分子中，研究人員發(fā)現(xiàn)這些類型的修飾傾向于在可變剪接區(qū)域中發(fā)現(xiàn)，這種情況可以通過單個基因切割并以各種排列方式粘貼在一起，以編碼各種不同的蛋白質(zhì)變體。“我們看到許多修改正好在內(nèi)含子中的那些元素拼接所必需的，”Vandivier說。“從理論上講，這些修改可能會破壞剪接機(jī)制。這是我們想要進(jìn)一步探索的東西，因為可選擇的剪接可以在許多人類疾病中發(fā)揮作用。”

作為最后的測試，研究小組進(jìn)行了一項分析，通過獲取通過其HAMR分析發(fā)現(xiàn)的mRNA的子集，并將它們與表達(dá)的mRNA轉(zhuǎn)錄物的總庫進(jìn)行比較，進(jìn)行分析，以了解哪些類型的mRNA特別富集了修飾。“我們在這個子集中看到了大量的富集，這些基因涉及應(yīng)激反應(yīng)以及細(xì)胞周期控制和細(xì)胞凋亡，”Vandivier說，他建議人類和植物中的修飾必須與必需的基因相關(guān)聯(lián)。嚴(yán)格監(jiān)管，并在適當(dāng)時標(biāo)記為退化。

研究人員指出，他們的發(fā)現(xiàn)雖然具有啟發(fā)性，卻代表了使用高通量和計算技術(shù)研究RNA調(diào)控潛力的冰山一角。“一個簡單的RNA庫可以包含許多隱藏層，”Vandivier說。“通過這些新的高科技方法，我們可以挖掘我們已經(jīng)擁有的數(shù)據(jù)，以便了解更多信息。”“這項研究是計算機(jī)輔助分析在生物科學(xué)中的重要性的一個很好的例子，”格雷戈里說。“技術(shù)真正推動了我們現(xiàn)在可以走科學(xué)的道路。”

在正在進(jìn)行的研究中，Penn團(tuán)隊正試圖確定這些修飾是如何進(jìn)行的，無論它們是mRNA分子被靶向降解的原因還是后果，并進(jìn)一步研究它們的功能后果。