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RNA Duplex Map in Living Cells Reveals Higher-Order Transcriptome Structure

Edited By:王文青博士

1.文章简介

文章题目

RNA Duplex Map in Living Cells Reveals Higher-Order Transcriptome Structure

中文题目

活细胞中RNA高级结构图谱揭示转录组高阶结构

期刊名

Cell  IF: 32.242

发表时间

2016

实验材料

人HeLa cells, 人HEK293 cells, 小鼠ES cells.

测序平台

Illumina NextSeq

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转录组测序

2.研究背景

RNA功能的多样性可通过其碱基配对并形成复杂高级结构的特征而体现。来自斯坦福大学的Howard Y. Chang研究团队近日在Cell杂志上发表文章,展示了检测RNA高级结构的新方法。该方法基于可逆补骨脂素交联(psoralen crosslinking),可高分辨率地检测活细胞内RNA高级结构和互作组(interactome)特征。

3.研究内容

Chang团队的研究者们开发出了一种基于可逆补骨脂素交联(psoralen crosslinking)的方法PARIS,在活细胞中以近碱基对分辨率整体绘制RNA双联结构图谱。研究人员通过在三种人类和小鼠细胞类型中进行PARIS分析,描述了转录组内的常见远程结构、选择性构象及RNA-RNA反式相互作用。并通过对RNA结构进行进化分析,揭示了一些保守的RNA双联结构特征。

4.研究方法

取样:对人HeLa细胞,人HEK293细胞和小鼠胚胎干细胞进行psoralen处理交联后,通过2D胶分离纯化、邻位连接和去交联,进行建库、测序(图1)。
测序:采用Illumina NextSeq平台测序。

5.研究成果

1.PARIS技术展示RNA全局结构特征
通过PARIS技术,研究者们得到了大量远程的RNA双联结构(RNA duplex)。在此之前由于技术限制,对RNA双联结构的研究大多局限于200nt以下的跨度范围,而此次研究发现约29%-40%的RNA双联结构的跨度在200nt以上,而4%-11%的双联结构跨度甚至达到1000nt以上(图2)。研究者们也发现大量的RNA双联结构并非局限于mRNA中人为划分的5’ UTR、CDS或3’ UTR等区域内部,跨区域的RNA双联结构同样十分常见(图2)。

2.RNA高级结构的保守性与协同变异
在通过PARIS技术找到大量RNA双联结构之后,研究者们开始关注具有进化上的保守性或协同变异特征的双联结构,希望从中筛选出有生物学功能的RNA高级结构。通过对比人和小鼠的PARIS数据,研究者们发现,尽管检测的细胞类型不同,RNA表达差异显著,仍然发现了大约3000个在人与小鼠之间保守的RNA双联结构(图3)。例如RPL8 mRNA,在人和小鼠细胞中分别检出44和46个RNA双联结构组,其中在两种生物中共同存在的RNA双联结构组为23个(图3)
3.普遍存在的可变RNA双联结构
研究者们应用PARIS技术在人和小鼠中发现了大量新的可变RNA双联结构(alternative RNA duplexes)(图4)。如在HeLa细胞中的TUBB mRNA具有复杂的可变结构,其中一段序列可与多达5个不同区域形成互斥的RNA双联结构组(图4)。在分析了RNA双联结构数量最多的50中mRNA之后,研究者们发现约20%-50%的双联结构有参与形成可变RNA双联结构,而其中相当一部分是3个以上互斥结构参与形成的可变RNA双联结构(图4)。
4.RNA-RNA反式相互作用
利用PARIS技术可高分辨率检测RNA-RNA反式作用位点。如细胞中小核仁RNA(snoRNA)和核糖体RNA(rRNA)的结合位点长度一般在10-20个碱基对之间,使用该技术可精确检出(图5)。多种非编码RNA通过RNA-RNA互作调控基因表达,该技术的应用可以促进对非编码RNA的功能和作用方式的研究。

原文出处:

Lu, Z., Zhang, Q. C., Lee, B., Flynn, R. A., Smith, M. A., Robinson, J. T., … Chang, H. Y. (2016). RNA Duplex Map in Living Cells Reveals Higher-Order Transcriptome Structure. Cell, 165(5), 1267–1279. doi:10.1016/j.cell.2016.04.028.

Category: CNS-Reading2016年5月30日
标签: RNA-seq
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