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Nat. Nanotechnol.南大黃碩團隊高分辨納米孔反應器精準分辨RNA表觀遺傳學修飾
來源：南京大學化學化工學院 2022-07-20
導讀：近日，南京大學生命分析化學國家重點實驗室黃碩課題組構建了一種超高分辨的工程化納米孔，可以準確的識別所有RNA核苷酸和他們的主要修飾。該工作以“Identification of nucleoside monophosphates and their epigenetic modifications using an engineered nanopore”為題，于2022年7月18日發表在《 Nature Nanotechnology 》。
RNA表觀遺傳學修飾越來越受到科學家們的重視，成為近來生命科學領域的研究熱點之一。迄今為止，在RNA上已經發現170多種表觀遺傳修飾，他們在基因調控、mRNA剪接和RNA折疊等生命過程中發揮著至關重要作用，還與癌癥、中風等人類疾病的發生密切相關。然而，目前主流的二代測序方法可檢測的修飾種類有限，且這些方法通常只能鑒定其中一種修飾類型，仍有大量RNA修飾無法被檢測或被定位。新興的納米孔測序技術可直接對長鏈RNA進行測序，無需逆轉錄和PCR擴增，有望直接讀取RNA上的修飾信息。但受限于有限的孔道分辨率，修飾核苷酸引起的離子電流變化還容易受到相鄰位置的影響，這為準確判斷修飾的位置和多種修飾的同時檢測帶來了困難。近日，南京大學生命分析化學國家重點實驗室黃碩課題組構建了一種超高分辨的工程化納米孔，可以準確的識別所有RNA核苷酸和他們的主要修飾。該工作對八聚體恥垢分枝桿菌膜蛋白A (MspA) 納米孔的其中一個單體理性設計，進而在孔道內最靈敏的識別位點精準引入了唯一的苯硼酸適配器，實現了四種經典核苷酸（C, U, A, G）, 5-甲基胞苷(m5C)， N6 -甲基腺苷(m6A)， N7 -甲基鳥苷(m7G)， N1 -甲基腺苷(m1A)，肌苷(I)，假尿嘧啶(Ψ)和二氫尿嘧啶(D)的完全區分與同時檢測，機器學習識別準確率高達99.6%。圖1: 利用高分辨MspA納米孔區分RNA核苷酸及其表觀遺傳學修飾隨后該團隊開發了基于酶切的天然RNA修飾檢測方法，通過核酸外切酶將目標RNA剪切為單核苷酸，并利用納米孔對單核苷酸進行鑒定和定量分析，以此成功繪制胃腸癌標志物miRNA和酵母tRNA的修飾圖譜。該研究方法適用于各種核苷酸、核苷酸修飾及核苷酸衍生物的檢測，為快速、全面分析天然RNA中的表觀修飾提供高分辨單分子分析工具，并為發展邊酶切邊測序的納米孔RNA表觀遺傳測序提供了重要的設計策略和研究方法。該工作以“Identification of nucleoside monophosphates and their epigenetic modifications using an engineered nanopore”為題，于2022年7月18日發表在《Nature Nanotechnology》（文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-022-01169-2，DOI：https://doi.org/10.1038/s41565-022-01169-2）。南京大學博士后王玉琴、博士生張善雨和賈文東為該論文共同第一作者，南京大學黃碩教授為論文通訊作者，陳洪淵院士對該工作做出了重要指導。此項研究得到了生命分析化學國家重點實驗室以及南京大學化學和生物醫藥創新研究院（ChemBIC）的重要支持，國家自然科學基金（項目編號：31972917，91753108，21675083）、中央高校基本科研業務費資助項目（項目編號：020514380257，020514380261）、江蘇省高層次創業創新人才引進計劃（個人、團體計劃）、江蘇省自然科學基金（項目編號：BK20200009）、南京大學生命科學分析化學國家重點實驗室（項目編號：5431ZZXM1902）、南京大學科技創新基金資助項目、中國博士后科學基金資助項目（項目編號：2021M691508）等經費支持。
參考資料：https://chem.nju.edu.cn/e4/b8/c12639a582840/page.htm
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