新技术解密非编码RNA

 
 
新技术解密非编码RNA  
科学家开发RIC-seq新技术全景式捕获RNA原位高级结构及作用靶标  

人类基因组计划研究表明，人类基因组中只有不到2%的蛋白质编码序列，而剩余98%为非编码核酸序列。这些非编码序列可能有功能，也可能仅仅是副产物，曾被称为“垃圾DNA”或者“暗物质”。

随着认识的深入，人们发现，非编码序列经过广泛转录后生成的大量非编码RNA在个体生命中起着重要的生理调控功能。非编码RNA有着怎样的结构？如何发挥功能？认识这些，对于理解生命健康过程至关重要。

5月6日，《自然》杂志刊发了中国科学院生物物理所研究员薛愿超团队的最新成果。他们建立了能够捕获RNA原位高级结构和作用靶标的RIC-seq新技术，利用该技术首次在细胞内全景式的捕获RNA的高级结构以及各种类型非编码RNA的作用靶标，为RNA领域发展提供了全新的实验工具。

“高级”的RNA有“魔力”

非编码RNA在细胞中数量众多、无处不在。如今诸多研究表明，它不再是无用的“垃圾”，反而处处“刷存在感”。

已有相关研究表明，非编码RNA参与了胚胎发育、细胞增殖、分化、凋亡、感染以及免疫应答等几乎所有生理或病理过程的调控，并且与恶性肿瘤、心血管系统疾病、神经系统疾病、代谢疾病等相关的突变约90%定位在非编码区。认识非编码RNA的功能机制对于理解生命健康过程至关重要。

论文通讯作者薛愿超告诉《中国科学报》，虽然非编码RNA也携带遗传密码，但与编码蛋白质的mRNA不同的是，它们往往不具有蛋白质编码潜能。非编码RNA的调控功能主要是通过形成高级结构，并在RNA结合蛋白的介导下与其他mRNA或者非编码RNA相互作用而实现。因此，解析细胞内RNA的原位高级结构及相互作用靶标是探究非编码RNA功能机制的关键。

所谓高级结构，是指三级及以上的结构。“过去，可能很多人认为RNA仅仅是由A/U/C/G四种碱基所组成的线性序列，它的外观是像意大利面一样的条状分子。”薛愿超说。

事实上，RNA在细胞内通过A-U、C-G或G-U配对先形成二级结构，进而在RNA结合蛋白的协助下折叠成复杂的三级结构。而特定的RNA分子在形成复杂的三级结构后便具有了神奇的“魔力”，比如可以像蛋白质一样具有酶的催化活性。上世纪80年代初，美国科学家托马斯·切赫和西德尼·奥尔特曼正是因为发现具有催化活性的RNA分子而获得1989的诺贝尔化学奖。

然而，在整个转录组范围内研究RNA的三级结构或者说高级结构是RNA领域的世界性难题，难就难在利用现有的酶学和化学方法不能准确解析远距离的、非互补配对的RNA-RNA相互作用。

此外，非编码RNA发挥功能需要跟其他的RNA分子互作，这些互作被称为“靶标”。而只有准确地鉴定靶标才能推导非编码RNA跟其他RNA分子作用的规律，以及作用后如何影响靶标RNA的稳定性、翻译和定位等。

薛愿超表示，过去，我国在RNA结构及相互作用的技术研发原创性方面有所欠缺，现有技术也存在一定的局限性，比如得到的单链和双链信息不完整、在体外做近端连接假阳性率高等。

2015年，从美国加州大学圣地亚哥分校博士后出站，薛愿超入职中国科学院生物物理研究所并建立实验室。那时，他开始思考，是否能开发新技术来系统性研究非编码RNA的高级结构和作用靶标。

新技术实现“一网打尽”

2015年9月，薛愿超的第一位博士生、该研究的第一作者蔡兆奎进入课题组，年轻的“师徒”开始携手构建理想中的新技术。

考虑到RNA结构在细胞内和细胞外存在一定的差别，他们在对RIC-seq技术进行原理性设计时，重点突出了“原位”的概念。

“原位是指在保持细胞完整性的前提下，对所有空间上邻近的RNA进行近端连接、筛选和测序。”薛愿超说。