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Nat. Nanotechnol.南大黃碩團(tuán)隊(duì)高分辨納米孔反應(yīng)器精準(zhǔn)分辨RNA表觀遺傳學(xué)修飾
來源：南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 2022-07-20
導(dǎo)讀：近日，南京大學(xué)生命分析化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃碩課題組構(gòu)建了一種超高分辨的工程化納米孔，可以準(zhǔn)確的識(shí)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(fā)表在《 Nature Nanotechnology 》。
RNA表觀遺傳學(xué)修飾越來越受到科學(xué)家們的重視，成為近來生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。迄今為止，在RNA上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)170多種表觀遺傳修飾，他們?cè)诨蛘{(diào)控、mRNA剪接和RNA折疊等生命過程中發(fā)揮著至關(guān)重要作用，還與癌癥、中風(fēng)等人類疾病的發(fā)生密切相關(guān)。然而，目前主流的二代測(cè)序方法可檢測(cè)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(cè)或被定位。新興的納米孔測(cè)序技術(shù)可直接對(duì)長(zhǎng)鏈RNA進(jìn)行測(cè)序，無需逆轉(zhuǎn)錄和PCR擴(kuò)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(zhǔn)確判斷修飾的位置和多種修飾的同時(shí)檢測(cè)帶來了困難。近日，南京大學(xué)生命分析化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃碩課題組構(gòu)建了一種超高分辨的工程化納米孔，可以準(zhǔn)確的識(shí)別所有RNA核苷酸和他們的主要修飾。該工作對(duì)八聚體恥垢分枝桿菌膜蛋白A (MspA) 納米孔的其中一個(gè)單體理性設(shè)計(jì)，進(jìn)而在孔道內(nèi)最靈敏的識(shí)別位點(diǎn)精準(zhǔn)引入了唯一的苯硼酸適配器，實(shí)現(xiàn)了四種經(jīng)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(qū)分與同時(shí)檢測(cè)，機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)99.6%。圖1: 利用高分辨MspA納米孔區(qū)分RNA核苷酸及其表觀遺傳學(xué)修飾隨后該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于酶切的天然RNA修飾檢測(cè)方法，通過核酸外切酶將目標(biāo)RNA剪切為單核苷酸，并利用納米孔對(duì)單核苷酸進(jìn)行鑒定和定量分析，以此成功繪制胃腸癌標(biāo)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(cè)，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(fā)展邊酶切邊測(cè)序的納米孔R(shí)NA表觀遺傳測(cè)序提供了重要的設(shè)計(jì)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(fā)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(xué)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(xué)黃碩教授為論文通訊作者，陳洪淵院士對(duì)該工作做出了重要指導(dǎo)。此項(xiàng)研究得到了生命分析化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及南京大學(xué)化學(xué)和生物醫(yī)藥創(chuàng)新研究院（ChemBIC）的重要支持，國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：31972917，91753108，21675083）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：020514380257，020514380261）、江蘇省高層次創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新人才引進(jìn)計(jì)劃（個(gè)人、團(tuán)體計(jì)劃）、江蘇省自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：BK20200009）、南京大學(xué)生命科學(xué)分析化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（項(xiàng)目編號(hào)：5431ZZXM1902）、南京大學(xué)科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2021M691508）等經(jīng)費(fèi)支持。
參考資料：https://chem.nju.edu.cn/e4/b8/c12639a582840/page.htm
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