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做翻译组测序,不用等到摘下口罩的那一天!

人阅读 发布时间:2020-03-25 10:41

在举国居家隔离进行抗疫的这两个月,承启生物的张弓教授团队又一篇新作“Understanding the proteome encoded by “non-coding RNAs”: New insights into human genome”被生物1区Top期刊《SCIENCE CHINA Life Sciences》接收啦!新作的主角当然还是我们最拿手的翻译组测序技术——RNC-seq。那么,快让我们一起来看看这次RNC-seq又开了什么花呢?
 


 

我们知道,大量的非编码RNA(ncRNAs)占据了人类基因组大部分。随着近几年来的深入研究,科学家们已经发现这些ncRNAs具有翻译潜能,但由于技术的局限,它们的翻译能力还是被严重低估了。随着核糖体印迹测序(Ribo-seq)、全长翻译RNA测序分析(RNC-seq)和质谱技术的发展,越来越多的ncRNAs包括长链非编码RNA(lncRNAs)和环状RNA(circRNAs)被发现实际上可以编码新的功能蛋白质,由于数量众多,它们甚至可成为一类新的蛋白质组。

哲学家黑格尔说过,存在即合理。这些由ncRNAs编码的新蛋白(蛋白质的长度≥50个氨基酸)和其他已知的两万多个人类蛋白质一样具有重要生物学意义,与生理和病理过程密切相关。因此,能系统并深入地研究ncRNAs的编码能力是基础生物学和医学的重要需求,也是当下核酸组学和蛋白质组学研究领域的热点之一。在张弓教授团队新发表的这篇文章中,主要综述了近年来在发现新蛋白质组即“ncRNAs”编码蛋白质的研究进展,解释了为什么新的蛋白质组在人类基因组计划中被错误的注释,还比较了目前主要用于研究ncRNAs编码新蛋白的技术方法利弊,以及这类新的蛋白质组在基础生物学和医学中的意义。

在该篇综述中不难发现,与ncRNAs编码新蛋白研究领域中的主要技术相比,承启生物独家特有的原创技术RNC-seq再次露出光芒!虽然生物信息学分析、质谱技术、抗体技术、Ribo-seq和RNC-seq都是目前用于研究ncRNAs编码新蛋白的热门技术,但是每种方法都有其优缺点,比如:纯生信分析缺乏实验验证,导致所有结果都只是纸上谈兵,令人无法信服;质谱技术的灵敏性不高,对于低丰度蛋白简直无能为力,加上质谱技术高度依赖蛋白质数据库来进行搜库,那么对于不知道其正确蛋白质序列的新蛋白来说就没法进行搜库了,虽然有的研究者使用3框翻译或者6框翻译进行蛋白质序列预测,但是如此的做法将会由于加入了大量假阳性蛋白质序列而不可避免的增加了假发现率(false discovery rate , FDR);抗体技术的特异性以及低通量使得该技术只是适合用于确证型研究而不是发现型研究。近年来,Ribo-seq技术可以说相当火热,被认为是一种间接发现新蛋白的有用工具。然而,与RNC-seq相比,Ribo-seq技术还是存在许多短板。
 


图1. RNC-seq技术与Ribo-seq原理及应用比较

 

首先,Ribo-seq测序的是被核糖体保护的那一小段长度为20-30nt 的RNA片段,该片段也称为核糖体足迹(RFP),然而在RFP的富集和建库过程中难以排除细胞内各种核糖体RNA(rRNA)、小RNA(microRNA)以及长度为20-30nt 的RNA降解片段的影响,这些非RFP的RNA片段同样也会出现在Ribo-seq的数据集中,甚至占据了测序数据量的90%以上,从而产生大量假阳性。而RNC-seq测序的是翻译中的全长RNA,长的读长可以有效的排除小片段RNA和降解RNA的干扰(图1B)。

其次,Ribo-seq的短序列读长给序列拼接以及可变剪切变体的检测带来很大的挑战,只能通过增加测序深度才能完成覆盖拼接。相反之下,RNC-seq更长的读长可以提供更多信息,使得拼接连接更为可靠,轻松检测可变剪切变体(图1C和D)。

第三,在研究circRNAs是否翻译新蛋白时,我们知道,最关键的是能否检测到circRNAs的反向剪切点。然而,与RNC-seq相比,在相同的reads情况下,Ribo-seq的短序列读长能正好检测到反向剪切位点的几率非常低,在加上细胞内其他短RNA片段的污染,那么Ribo-seq能覆盖到circRNAs的反向剪切位点的几率更是微乎极微!相反,RNC-seq可以利用双端测序的优势,即使双端比对到两个分开且向外的位置,而没有测到直接找到跨越反向剪切位置的reads,也可以确定反剪切位置。毕竟RNC-seq的插入片段长为300-400nt,是Ribo-seq的10倍以上,最终导致使用RNC-seq进行circRNAs的反向剪切位点的确认概率可能比Ribo-seq高一两个数量级(图1E)。因此,在相同的测序深度情况下,Ribo-seq可能无法鉴定circRNAs是否翻译,而RNC-seq则更准确、更方便、更便宜。
 


图2. RNC-seq技术被C-HPP认定为鉴定新蛋白的四大支柱技术之一
 

显然,承启生物独家原创技术RNC-seq在研究ncRNAs翻译新蛋白领域有着得天独厚的技术优势,难怪在2013年被国际人类蛋白质组织列为鉴定新蛋白质技术中除了生物信息学分析、质谱和抗体三大支柱之外的第四根支柱(图2)!并在2018~2019年相继助力多个国内科研团队发现了大批此前不为人知的功能型新蛋白质,大规模地校正了人类基因组中的错误注释。(相关阅读1.中外学者联合在Nature子刊发文:环状RNA翻译出抑癌蛋白质! 2.你可能研究了一个假的lncRNA

近两年,ncRNAs编码新蛋白迅速成为国际研究热点。尽管疫情使得我们的生活有些不便,但也无法阻挡我们的科研思路!来找承启做翻译组吧,无需等到摘下口罩的那一天,让翻译组助力您的科研之路硕果累累!

 

相关文献:

1. Lu S, Zhang J, Lian X, et al. A hidden human proteome encoded by ‘non-coding’genes[J]. Nucleic acids research, 2019, 47(15): 8111-8125.

2. Zhao J, Qin B, Nikolay R, et al. Translatomics: the global view of translation[J]. International journal of molecular sciences, 2019, 20(1): 212.

3. Zhang M, Zhao K, Xu X, et al. A peptide encoded by circular form of LINC-PINT suppresses oncogenic transcriptional elongation in glioblastoma[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 4475.

4. 赵晶, 张弓. 翻译组学: 方法及应用[J]. 生命的化学, 2017, 37(1): 70-79.

5. Zhong J, Cui Y, Guo J, et al. Resolving chromosome-centric human proteome with translating mRNA analysis: a strategic demonstration[J]. Journal of proteome research, 2014, 13(1): 50-59.

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