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COMRADES文献

期刊:Nature MethodsDOI:10.1038/s41592-018-0121-0

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创研究。以下是针对该研究的学术报告:


研究的主要作者和机构
该研究由Omer Ziv、Marta M. Gabryelska、Aaron T.L. Lun等多名作者共同完成,涉及的机构包括英国剑桥大学的Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon研究所、爱丁堡大学的MRC人类遗传学研究所、美国Scripps研究所、北京微生物与流行病学研究所等。研究于2018年10月发表在期刊《Nature Methods》上。

学术背景
RNA的结构灵活性在剪接、翻译和转录后调控等基本生物过程中起着关键作用。然而,由于现有方法的局限性,研究人员难以全面探究RNA在细胞内的动态结构。此前的研究主要依赖于邻近连接技术(proximity ligation)来揭示RNA的碱基配对,但由于探测深度不足和缺乏合适的计算算法,RNA在体内的结构动态性仍然难以评估。因此,本研究旨在开发一种新方法——匹配RNA交联与深度测序(crosslinking of matched RNAs and deep sequencing, COMRADES),以全面捕获RNA在细胞内的结构及其与其他RNA的相互作用。

研究流程
1. COMRADES方法的开发
- 研究团队开发了一种基于细胞通透性、偶氮修饰的补骨脂素衍生物(psoralen-triethylene glycol azide)的交联技术,克服了传统生物素标记补骨脂素细胞通透性不足的问题。
- 在细胞内进行交联后,研究人员通过选择性捕获目标RNA,实现了近千倍的富集。随后,RNA被片段化,并通过无铜点击化学反应将生物素基团连接到交联区域,进行第二次链霉亲和素富集。
- 一半的RNA进行邻近连接,形成RNA嵌合体,另一半作为对照,先进行交联逆转再进行邻近连接。最终通过高通量测序分析RNA的碱基配对情况。

  1. RNA结构分析

    • 研究团队利用COMRADES方法分析了寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)RNA基因组在细胞内的结构,发现了170万条非冗余嵌合体读数,覆盖了整个基因组。
    • 通过计算算法,研究人员识别了基因组中的碱基配对,并发现80%的相互作用发生在1000个核苷酸(nt)以内的局部区域,表明RNA具有三维压缩结构。
  2. RNA-RNA相互作用的研究

    • 研究团队绘制了寨卡病毒RNA与人类小调控RNA(如microRNA)的相互作用图谱,发现了多个特异性相互作用位点。
    • 特别地,研究人员发现寨卡病毒的5’环化序列(5’ cyclization sequence, 5’ CS)与人类miR-21之间存在非经典碱基配对,并通过体外实验验证了这一相互作用的特异性。
  3. 功能验证实验

    • 通过CRISPR-Cas9敲除miR-21或使用反义抑制剂抑制miR-21,研究人员发现寨卡病毒基因组在细胞内的水平显著降低,进一步证明了miR-21在寨卡病毒复制中的重要作用。

主要结果
1. COMRADES方法成功捕获了RNA在细胞内的动态结构,特别是寨卡病毒RNA基因组的结构。
2. 研究团队发现了寨卡病毒RNA与人类miR-21之间的特异性相互作用,并通过实验验证了这一相互作用的功能意义。
3. COMRADES方法的高灵敏度和高重现性使其能够全面分析RNA的碱基配对和结构动态性。

结论
该研究开发的COMRADES方法为RNA在细胞内的结构动态性研究提供了新的工具,特别是在RNA病毒基因组及其与宿主RNA相互作用的研究中具有重要应用价值。通过揭示寨卡病毒RNA与人类miR-21的相互作用,研究为RNA病毒与宿主之间的分子机制提供了新的见解。

研究亮点
1. COMRADES方法是一种创新的RNA结构捕获技术,具有高灵敏度和高重现性。
2. 研究首次全面揭示了寨卡病毒RNA基因组在细胞内的结构及其与宿主RNA的相互作用。
3. 研究发现了miR-21在寨卡病毒复制中的重要作用,为RNA病毒的治疗提供了潜在靶点。

其他有价值的内容
研究团队还开发了用于RNA结构预测的计算算法,并提供了详细的实验协议和数据分析流程,为其他研究人员提供了重要的参考资源。


这篇报告详细介绍了COMRADES方法的开发及其在RNA结构研究中的应用,特别是对寨卡病毒RNA与宿主RNA相互作用的揭示,为RNA病毒的研究提供了新的视角和工具。

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