新形式的mRNA调节特征

曾经被认为仅仅是DNA和蛋白质之间的中间人的RNA现在被认为是许多调节过程可以起作用以允许基因表达的灵活性以及因此细胞和组织的功能的阶段。在宾夕法尼亚大学植物细胞杂志的一份新报告中，生物学家使用来自人类和植物的材料来检查对信使RNA或mRNA的化学修饰，发现修饰似乎在mRNA存活过程中发挥重要作用并被转化为蛋白质或成为降解的目标。他们的分析还揭示，编码参与应激反应的蛋白质的mRNA比其他mRNA分子更容易被修饰，暗示这些修饰可能提供一种机制，通过这种机制，生物体可以在转录后水平动态响应改变他们的环境。

该研究由宾夕法尼亚大学艺术与科学学院生物系助理教授Brian D. Gregory和格雷戈里实验室研究生Lee E. Vandivier领导。共同作者包括来自Gregory实验室的Rafael Campos和Ian M. Silverman，以及来自宾夕法尼亚大学Perelman医学院的Pavel P. Kuksa和Li-San Wang。

一次存在于生物体中的所有RNA序列的快照称为转录组; 在这项研究中，研究人员希望检查可能继续影响基因表达的RNA分子序列或修饰。

Gregory开创了研究RNA如何被调节的新技术，包括一种识别与RNA结合蛋白相互作用位点的方法，称为PIP-seq。在这项研究中，他，Vandivier及其同事使用了Gregory和Wang共同设计的另一种技术，称为HAMR，用于修饰核糖核苷酸的高通量注释。该方法允许鉴定RNA分子中的核苷酸，所述核苷酸在从DNA转录后被修饰。

“随着这些变化，你正在增加RNA分子可能具有的潜在化学特性，”格雷戈里说。“你不仅要拥有A，C，U和G，而且几乎可以想到所有的变化。”早期的工作已经发现超过100种这些类型的共价修饰，主要是在不编码蛋白质的RNA分子中，例如转移RNA和核糖体RNA。

然而，在这项研究中，研究人员希望研究信使RNA的修饰，信使RNA是负责将特定核苷酸序列翻译成特定氨基酸序列以构建蛋白质的瞬时分子。

利用HAMR技术，该团队研究了两种人类细胞系的外转录组以及来自拟南芥(一种典型的植物模型生物)的未成熟花蕾。他们专门研究改变Watson-Crick碱基配对边缘的修饰，或者是负责mRNA碱基配对能力的边缘。他们对从早期研究中收集的三个不同RNA文库进行了HAMR分析：一个由小RNA组成，一个是多腺苷酸化的RNA，被认为是稳定的，另一个是在降解过程中的RNA。

在这三组中，他们发现降解mRNA文库与其他两组相比具有优势的修饰，表明这些修饰或者是引起降解或者是标记降解的结果。“人们可能没有考虑这些修改，因为他们没有考虑降解RNA分子，”格雷戈里说。“但我们应该这样做，因为降解RNA分子就是你如何调节它。当你想停止制造蛋白质时，你会降解mRNA。”

在稳定的RNA分子中，研究人员发现这些类型的修饰倾向于在可变剪接区域中发现，这种情况可以通过单个基因切割并以各种排列方式粘贴在一起，以编码各种不同的蛋白质变体。“我们看到许多修改正好在内含子中的那些元素拼接所必需的，”Vandivier说。“从理论上讲，这些修改可能会破坏剪接机制。这是我们想要进一步探索的东西，因为可选择的剪接可以在许多人类疾病中发挥作用。”

作为最后的测试，研究小组进行了一项分析，通过获取通过其HAMR分析发现的mRNA的子集，并将它们与表达的mRNA转录物的总库进行比较，进行分析，以了解哪些类型的mRNA特别富集了修饰。“我们在这个子集中看到了大量的富集，这些基因涉及应激反应以及细胞周期控制和细胞凋亡，”Vandivier说，他建议人类和植物中的修饰必须与必需的基因相关联。严格监管，并在适当时标记为退化。

研究人员指出，他们的发现虽然具有启发性，却代表了使用高通量和计算技术研究RNA调控潜力的冰山一角。“一个简单的RNA库可以包含许多隐藏层，”Vandivier说。“通过这些新的高科技方法，我们可以挖掘我们已经拥有的数据，以便了解更多信息。”“这项研究是计算机辅助分析在生物科学中的重要性的一个很好的例子，”格雷戈里说。“技术真正推动了我们现在可以走科学的道路。”

在正在进行的研究中，Penn团队正试图确定这些修饰是如何进行的，无论它们是mRNA分子被靶向降解的原因还是后果，并进一步研究它们的功能后果。