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研究作者及机构
本研究由Tong Wu、Anthony Youzhi Cheng、Yuexiu Zhang、Jiayu Xu、Jinjun Wu、Li Wen、Xiao Li、Bei Liu、Xiaoyang Dou、Pingluan Wang、Linda Zhang、Jingyi Fei、Jianrong Li、Zhengqing Ouyang和Chuan He共同完成。研究团队来自多个机构，包括芝加哥大学化学系、霍华德·休斯医学研究所、康涅狄格大学遗传与基因组科学系、马萨诸塞大学公共卫生与健康科学学院、俄亥俄州立大学兽医学院等。该研究于2024年12月发表在《Nature Biotechnology》期刊上。

学术背景
RNA（核糖核酸）的结构和相互作用对其功能和命运具有重要影响。然而，RNA分子如何组装成高阶结构，以及RNA分子之间如何相互作用以促进功能，仍然是一个未解之谜。RNA与RNA结合蛋白（RBPs）、DNA及其他RNA物种的相互作用在基因表达调控中占据核心地位。已有多种方法（如CLIP、PARIS、RIC-seq等）用于研究RNA-RBP相互作用，但RNA-RNA相互作用及其高阶结构的研究仍存在技术限制。因此，本研究开发了一种名为KARR-seq（Kethoxal-Assisted RNA–RNA Interaction Sequencing）的新技术，用于在细胞内捕获和解析RNA-RNA相互作用及高阶RNA结构。

研究流程
KARR-seq技术结合了N3-kethoxal标记和多功能化学交联剂，能够在细胞内共价捕获RNA-RNA相互作用，并独立于局部蛋白质结合。具体流程包括以下几个步骤：
1. RNA标记与交联：首先，使用N3-kethoxal对RNA进行标记，随后通过修饰的树状聚合物（dendrimer）进行化学交联，捕获空间上邻近的RNA分子。
2. RNA提取与片段化：交联后的RNA被提取并片段化，随后通过链霉亲和素包被的磁珠进行富集。
3. 邻近连接与测序：在磁珠上进行末端修复和邻近连接，连接后的RNA被扩增并进行双端测序。
4. 数据分析：测序数据被比对到参考基因组，生成RNA-RNA相互作用图谱，并通过与冷冻电镜（cryo-EM）结构的比对验证其准确性。

研究对象与样本量
研究使用了多种细胞系，包括小鼠胚胎干细胞（mESCs）、人类K562细胞、HEK293T细胞、HepG2细胞等。每个实验条件下，样本量通常为2-5百万个细胞。此外，研究还分析了呼吸道合胞病毒（RSV）和水泡性口炎病毒（VSV）的RNA结构及其与宿主RNA的相互作用。

实验结果
1. RNA高阶结构的解析：KARR-seq成功描绘了RNA的高阶结构，并在多种细胞系中检测到广泛的RNA-RNA相互作用。研究显示，翻译过程在原生和应激条件下抑制了mRNA的压缩。
2. 病毒RNA结构及其与宿主的相互作用：通过KARR-seq，研究解析了RSV和VSV的RNA高阶结构，并识别了病毒RNA与宿主RNA之间的数百种相互作用。这些相互作用可能调控病毒的复制。
3. 翻译对RNA结构的影响：研究发现，翻译能够抑制mRNA的长程相互作用，导致mRNA构象的伸展。这一结果通过荧光原位杂交（FISH）成像得到了验证。
4. 应激条件下的RNA结构重塑：在氧化应激条件下，KARR-seq揭示了RNA高阶结构的变化，并发现应激颗粒（stress granules）中的mRNA折叠程度较低，这可能与其在应激条件下的功能相关。

结论
KARR-seq技术为RNA-RNA相互作用及高阶RNA结构的研究提供了高灵敏度和高精度的工具。通过该技术，研究揭示了RNA在翻译和应激条件下的动态结构变化，并识别了病毒RNA与宿主RNA之间的功能性相互作用。这些发现不仅增进了对RNA生物学功能的理解，还为病毒感染机制的研究提供了新的视角。

研究亮点
1. 技术创新：KARR-seq是首个利用化学交联剂在细胞内捕获RNA-RNA相互作用的技术，突破了传统方法的限制。
2. 广泛的应用价值：该技术不仅适用于基础RNA生物学研究，还可用于病毒学、疾病机制及药物开发等领域。
3. 重要发现：研究首次揭示了翻译和应激条件对RNA高阶结构的影响，并识别了病毒与宿主RNA之间的功能性相互作用。

其他有价值的内容
研究还探讨了RNA结合蛋白（RBPs）与RNA-RNA相互作用的关系，发现某些RBPs（如YBX3和SRSF1）与特定的RNA相互作用区域相关。此外，研究通过KARR-seq技术揭示了pre-rRNA加工过程中的RNA-RNA相互作用，为rRNA生物合成的研究提供了新的线索。

以上是对该研究的全面报告，涵盖了研究背景、流程、结果、结论及其科学价值。