表觀轉錄組：新興領域的機會和挑戰

DNA修飾是一個相當熱門的研究領域，相比之下，RNA修飾是一片未曾開墾的荒地。事實上，幾年前，這個領域甚至是不存在的。

2012年，RNA表觀遺傳學的先驅人物、康奈爾大學的助理教授Christopher Mason與Samie Jaffrey發表了第一篇繪製表觀轉錄組的論文1。他們發現腺苷N6位置的甲基化（m6A）是細胞mRNA中普遍存在的修飾。「我們大約花了20%的篇幅來驗證抗體，以確保我們的結果是真實可重複的，」Mason說。

如今，五年過去了，多家公司推出了多種抗體、試劑和技術來研究表觀轉錄組，比如Epigentek、Qiagen、Synaptic Systems和Abcam。Mason現正在領導NASA的雙胞胎太空旅行前後的DNA和RNA甲基化研究，它主要研究環境因素如何影響RNA和DNA的化學修飾。

同時，這個年輕的領域也開始展現在人類疾病中的意義。「去年發表的研究已經證明m6A在區分高風險和低風險白血病中的作用，而我們也看到了它對於腦癌的意義，」Mason解釋說。

「RNA修飾在病毒中也同樣存在。到目前為止，我們研究的所有RNA都帶有某種RNA修飾，一些m6A或鹼基動態是我們沒有見過的。」去年，Mason與杜克大學的合作者繪製了各種病毒中的m6A，包括丙肝病毒、寨卡病毒、登革熱病毒、西尼羅河病毒和黃熱病病毒。

「現在，我們已經知道了大約120個RNA的表觀遺傳標記，但也許有300個，甚至有1000個。RNA的整體可塑性仍然有待探索，」Mason補充說。「接下來的問題是，它是否會成為一些治療行動的目標。」

如何研究m6A？

Epigentek公司的運營副總裁William Lee認為，推動這個領域前進的主要挑戰是建立可靠且有用的方法，比如RNA修飾測序，從而以單鹼基解析度鑒定包括m6A在內的RNA修飾。MeRIP-seq（甲基化RNA免疫沉澱測序）的出現，大大推動了這個領域的發展。不過，它的解析度大約為100 nt，而不是單鹼基。

最近，技術又有了新進展。研究人員發現，含有m6A的RNA與相應抗體結合以後，逆轉錄得到的cDNA會出現突變或者截斷，這樣就可以指示m6A的存在。於是，他們用紫外光誘導m6A抗體與RNA交聯，然後通過逆轉錄獲得了代表m6A的特徵突變。相關研究成果由Jaffrey和Mason於2015年發表在《Nature Methods》上2。

當然，談到m6A，還有一位不得不提的人物，那就是芝加哥大學的何川（Chuan He）教授。2010年，他提出RNA甲基化和DNA甲基化一樣是可逆的。2011年，他發現並發表了第一個RNA脫甲基酶，這在很大程度上促進了表觀轉錄組的研究工作。他認為：「我們需要一種RNA甲基化測序的定量方法，相當於DNA甲基化的亞硫酸氫鹽測序。你想知道修飾發生在什麼位置，是25%還是50%？這是我們的第一個挑戰。」

面臨各種挑戰

對於目前的分析方法，限制在於需要大量的起始材料。何教授認為，這基本上排除了研究特定神經元的可能性。「m6A甲基化在神經系統的早期發育中起到了至關重要的作用，而你需要區分不同類型的神經元。目前很難利用有限的材料開展定量測序，如活檢樣本。」

QIAGEN的全球產品經理Samuel Rulli也同意，RNA的複雜性使其處理起來比DNA更困難。「你需要一種方法來分離RNA，並隨著修飾而改變，然後再進行下游處理。從高質量的樣品開始，也許能幫助你獲得可重現的結果。在這種早期的研究階段，保持分析的一致性至關重要。」

何教授認為，另一個挑戰在於讀取同一條RNA上的不同修飾。「按照目前的方法，在你處理一個細胞時，你會獲得平均值。問題是，這些修飾是協同作用，還是各不相干？最好有一種方法能夠檢查每條mRNA，讀取所有的修飾，而不僅僅是m6A，看看它們是如何共存的。如果我們能夠解決這個問題，那麼這將開闢巨大的研究可能性。」

Mason表示，直接的RNA納米孔測序也許能解決一些問題。「過去，我們通常是利用抗體或化學分析來推斷RNA的修飾狀態。直到去年，我們才開始進行直接的RNA測序。利用納米孔測序儀，我們能夠直接測序RNA，而不需要逆轉錄。我們第一次直接測定RNA修飾：整個分子存在哪些修飾，又存在哪些異構體。」他的研究小組正準備發表幾篇論文。

「在過去的一年裡，人們開始認識到表觀轉錄組從根本上影響了基因表達，」他指出。「不過，不同的細胞類型和發育階段的表觀轉錄組如何，特異性如何實現，調控又是如何做到的，探索才剛剛開始。對我而言，這個領域才剛剛起步。」

參考文獻

1 Meyer KD, Saletore Y, Zumbo P et al. Comprehensive analysis of mRNA methylation reveals enrichment in 3" UTRs and near stop codons. Cell. 2012 Jun 22;149(7):1635-46.

2 Linder B, Grozhik AV, Olarerin-George AO et al. Single-nucleotide-resolution mapping of m6A and m6Am throughout the transcriptome. Nat Methods. 2015 Aug;12(8):767-72.

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