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- 2025年07月15日
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翻译组学与疾病相关的研究策略
翻译组学简介
研究翻译的总体叫做翻译组学。翻译组包括广义的翻译组和狭义的翻译组，广义的翻译组指的是直接参与翻译过程的所有元件，包括核糖体、正在翻译的mRNA、tRNA、调控性RNA（如miRNA, lncRNA等）、新生肽链（nascent polypeptide chain）、各种翻译因子等（图1）；狭义的翻译组特指正在翻译的mRNA。传统的转录组测序，是对细胞中所有的mRNA进行测序，无论有没有在翻译；而翻译组测序则是对直接参与翻译过程的所有元件进行测序，比如对卡在核糖体上正在翻译的mRNA（RNC-mRNA）进行测序等（图2）。
图1 蛋白质翻译图 图2. 转录组测序与翻译组测序的区别
RNC = Ribosome Nascent-chain Complex, 核糖体-新生肽链复合物，是翻译过程中最重要的单位。RNC-mRNA与total mRNA的比值为翻译起始效率（TR，translation ratio），TR与细胞的表型有关，同时受到UTR区、miRNA等 调控。比较不同样本TR改变的基因，可以研究疾病发生发展、药物作用、发育的分子机制等，也为阐明miRNA等ncRNA的分子机制提供了强大的工具。
主要研究策略:
- 探究某基因对疾病影响的机制
（2） 探究非常规翻译现象对疾病造成的影响；
- 深化转录组测序分析
（2）若转录组差异表达基因太多，想缩小筛查范围，则可筛选正在翻译的基因，并比 较其翻译效率；
（3）若转录组差异表达基因太少，想扩大筛查范围，则可通过翻译组分析发现更多差 异表达／翻译基因；
- 解释转录组与蛋白组结果的不一致，当转录组显示有差异或差异显著，蛋白组验证发现无差异或差异不显著，可能因为基因转录而不翻译或者翻译效率低；
- 探究某种lncRNA是否会翻译成短肽或蛋白质。
图3. 翻译调控对生命体的影响比例
主要优势:
（1）可间接鉴定蛋白质，且不受蛋白质理化性质的限制。而且序列覆盖度高，对各种变异 的检测效果大大高于质谱；
（2）为非模式生物的蛋白质组提供准确参考库；
（3）找出翻译起始效率（TR），因为TR与与细胞的表型之间存在密切的关系；
（4）得到翻译延伸速率（EVI），提示蛋白质在翻译过程中的折叠质量。
图4. 翻译起始效率（TR）和翻译延伸速率（EVI）的二维调控模式
分析内容
1、数据质控；
2、与参考基因组比对；
3、基因表达水平分析；
4、翻译层面差异基因筛选、聚类分析、GO/pathway富集分析；
5、翻译比例（Translation Ratio,TR）分析（需有转录组数据）；
6、差异TR基因的GO/pathway富集分析。
技术参数
- 样品类型及要求：组织或细胞样本
- 推荐数据量：5G
- 测序策略：HiSeq PE150
翻译组学合作研究项目
案例一：翻译组测序在肺癌中的应用
暨南大学王通等利用翻译组测序技术对肺癌细胞和正常细胞进行分析，发现肺癌细胞中全局性mRNA的翻译起始效率(以TR表征)普遍比正常细胞上调，其中TR上调幅度最大的123个基因几乎完整体现了癌细胞的各种表型，精准程度远胜于SILAC定量蛋白质组。该研究结果还揭示了优先翻译的基因决定着细胞的功能与表型（图3） 。
图5 A：根据差异蛋白质组分析的细胞功能
B：对TR上调幅度最大的120余个基因进行功能分析结果
案例二：应用翻译组测序测定人癌细胞中的翻译延伸速率
连新磊等使用翻译组测序测定了生理条件下每个基因的翻译延伸速率，发现癌细胞中的促癌基因的翻译速率显著降低，而抑癌基因的翻译速率主动上调。说明了在癌细胞中，促癌基因翻译速率下调将有助于蛋白质正确折叠，从而发挥促癌作用；而抑癌基因因为翻译速率加快使其难以正确折叠成有功能的蛋白质，从而不能发挥抑癌作用。这一正一反的翻译调控，使得癌细胞得以生存并且维持了其恶性表征。
图6 翻译延伸速率减慢与细胞的恶性表型相关
基本送样流程
延伸阅读：
暨南大学发现隐藏的蛋白质组：大量“非编码基因”可以表达蛋白质
https://www.biomart.cn/65402/news/2905199.htm
https://www.biomart.cn/65402/news/2905200.htm
https://www.biomart.cn/65402/news/2905201.htm
https://www.biomart.cn/65402/news/2905202.htm
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文献和实验Science：颉伟 / 陈子江 / 赵涵团队揭示人类早期胚胎翻译组图谱并发现 TPRXs 参与人类合子基因组激活
调控因子 TPRXL, TPRX1, 和 TPRX2。 通过结合超灵敏翻译组测序技术 Ribo-lite (Ligation-free, ultra-low-InpuT and Enhanced Ribo-seq) 和转录组测序技术（Smart-seq2）而开发出的 Ribo-RNA-lite (R2-lite) 方法可以进行翻译组与转录组联合测序，该方法被应用于人类卵子和早期胚胎共 8 个时期。经翻译组分析比较发现，在卵子向早期胚胎转变过程中，人-鼠同源基因中有一半呈现保守的翻译
如Corall total RNA seq library preparation kit，这一点可以忽略）。 利用所选的RNA样本和文库生成引物进行逆转录进行一链合成。 然后通过沿cDNA链随机引物进行第二链合成。 进行末端修复，接头连接。 最后进行PCR扩增，为文库添加index，或文库扩增以以获得足够量的文库，以及进行文库质量控制。 Lexogen mRNA-Seq文库准备与其他全转录组测序文库制备方法略微不同。在Lexogen mRNA-Seq文库准备中
的定量分析。此外，3 '端测序可对特定细胞类型的非编码区域（UTR）进行重新评估注释，从而对mRNA 3’ Isoform特意性表达分析。在s4U代谢标记24小时后，mESCs通过Quant-seq流程生成SLAM seq文库，与未标记条件的比较，可观察很高到T >C转换累积 (图4b)。全转录组分析证实了这一观察(图4c)。在没有s4U代谢标记的情况下，我们观察到对于任何给定的转换，中位数比率≤0.1%，这与Illumina报道的测序错误一致，而s4U标记后具有统计学意义(P −4,Mann
