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该研究由Hanxiao Sun、Bo Lu、Zeyu Zhang等作者共同完成,研究团队来自北京大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所等机构。该研究于2025年发表在《Nature Methods》期刊上,题为“Mild and ultrafast GLORI enables absolute quantification of m6A methylome from low-input samples”。
该研究属于表观转录组学(epitranscriptomics)领域,主要关注RNA修饰的定量分析。m6A(N6-甲基腺苷)是真核生物mRNA中最常见的修饰之一,其在基因表达调控中具有重要作用。近年来,多种m6A检测方法被开发出来,但现有的方法在低RNA输入样本中的应用受到限制,尤其是GLORI(Glyoxal and Nitrite-mediated RNA Deamination)方法,虽然能够实现m6A的绝对定量,但其反应时间长且会导致RNA严重降解,限制了其在低输入样本中的适用性。因此,研究团队旨在开发一种更快速、温和且适用于低输入样本的GLORI方法,以实现m6A甲基组的绝对定量。
研究团队开发了两种改进的GLORI方法:GLORI 2.0和GLORI 3.0。以下是详细的研究流程:
GLORI 1.0的优化
研究团队首先分析了GLORI 1.0的化学反应机制,发现其RNA降解问题主要源于“鸟苷保护”(G-protection)步骤。通过进一步研究,团队提出了一种新的反应机制,认为GLORI 1.0中的快速腺苷脱氨反应是由一种关键中间体A*(双半缩醛结构)促进的。基于这一假设,团队优化了反应条件,去除了G-protection步骤,开发了一种快速、温和的一锅法脱氨反应,能够在50°C下10分钟内完成反应,同时保持RNA的完整性。
GLORI 2.0的开发与应用
GLORI 2.0基于优化后的化学反应,能够在约10,000个细胞的RNA输入下实现m6A的绝对定量。研究团队首先在HEK293T细胞中验证了GLORI 2.0的性能,通过高通量测序检测了m6A位点,并验证了其定量准确性。结果显示,GLORI 2.0在低RNA输入(2 ng)下仍能生成高质量的测序文库,并且与GLORI 1.0相比,能够检测到更多的m6A位点,尤其是在低丰度转录本中。
GLORI 3.0的开发与应用
为了进一步降低RNA输入量,研究团队开发了GLORI 3.0,该方法通过引入一种“逆转录沉默载体RNA”(RT-silent carrier RNA)来减少RNA损失,能够在500-1,000个细胞的RNA输入下实现m6A的绝对定量。研究团队在小鼠背侧海马体的细胞质和突触组分中应用了GLORI 3.0,成功揭示了突触相关基因集中的高m6A修饰水平。
GLORI 2.0的性能验证
在HEK293T细胞中,GLORI 2.0检测到了138,373个m6A位点,且在不同生物学重复中表现出高度一致性(r=0.95)。此外,GLORI 2.0在低RNA输入(2 ng)下仍能生成高质量的测序文库,并且与GLORI 1.0相比,能够检测到更多的m6A位点,尤其是在低丰度转录本中。
GLORI 3.0的性能验证
GLORI 3.0在100 ng、20 ng和10 ng总RNA输入下均能生成高质量的测序文库,并且在10 ng总RNA输入下(相当于约500个HEK293T细胞)仍能检测到大量m6A位点。研究团队在小鼠背侧海马体的细胞质和突触组分中应用了GLORI 3.0,发现突触相关基因集中的m6A修饰水平显著高于其他基因。
该研究开发的GLORI 2.0和GLORI 3.0方法显著提高了m6A绝对定量的灵敏度和适用性,尤其是在低RNA输入样本中的应用。这些方法不仅能够实现全转录组范围的m6A定量,还能够进行位点特异性的m6A检测,为表观转录组学研究提供了强大的工具。
研究团队还开发了一种“逆转录沉默载体RNA”,该载体RNA能够在逆转录过程中自动去除,从而减少RNA损失,提高低输入样本的测序质量。这一技术不仅适用于GLORI方法,还可以广泛应用于其他转录组或表观转录组测序研究中。