非编码RNA化学修饰检测新技术的发展及应用

Analogous to DNA and histone modifications, post-transcriptional modifications have greatly expanded the function and structure of RNA molecules. Recently, the emerging field of “epitranscriptomics”, which focuses on chemical modifications to RNA, has attracted enormous attention from the RNA community. However, whether or not non-coding RNA of low abundance, in particular long non-coding RNAs (lncRNAs), also contains chemical modifications is largely unexplored. My group has recently developed two epitrancriptome sequencing technologies, which detects pseudouridine and 1-methyladenosine in the transcriptome-wide fashion. We discovered that these modifications are present in representative lncRNAs including MALAT1, NEAT1, XIST and etc. Based on our existing results, this proposal aims to develop new technologies for the transcriptome-wide detection of chemical modifications in lncRNAs. Meanwhile, we also plan to develop locus-specific methods for RNA modifications in lncRNA and identify key modification enzymes and regulatory factors. Finally, we will utilize these methods to explore the function and mechanism of RNA modifications within these lncRNAs.

与DNA修饰和组蛋白修饰一样，转录后修饰极大地丰富了RNA的结构与功能。近年来，以RNA化学修饰为研究对象的“表观转录组学”领域得到了科学家广泛的关注；然而，含量较低的非编码RNA—尤其是长链非编码RNA—是否也存在化学修饰，目前知之甚少。本课题组之前已经开发了针对两种RNA化学修饰（假尿嘧啶和1-甲基腺嘌呤）的表观转录组测序技术，并且发现在MALAT1、NEAT1、XIST等长链非编码RNA上存在假尿嘧啶和1-甲基腺嘌呤的化学修饰。本项目拟在前期工作的基础上，开发全转录组水平上鉴定长链非编码RNA化学修饰的新技术；同时，通过位点特异（locus-specific）的RNA修饰检测新方法，鉴定非编码RNA上重要位点化学修饰的修饰酶与调控因子。此外，我们也将利用上述新技术，探索化学修饰调控非编码RNA功能的过程与机制。

非编码RNA参与了表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多种重要的调控过程，而且与几乎所有的生理或病理过程的调控密切相关。然而，因为适用于非编码RNA化学修饰检测技术的缺乏，非编码RNA上是否存在化学修饰、修饰的种类与位点、修饰的生物学功能以及动态特征等关键问题，都知之甚少。. 本项目旨在开发全转录组水平上鉴定多种类型非编码RNA（包括长链非编码、tRNA、tRF等）化学修饰的新技术；同时，通过位点特异的RNA修饰检测新方法，鉴定非编码RNA上重要位点化学修饰的修饰酶与调控因子，并利用上述新技术，探索化学修饰调控非编码RNA功能的过程与机制。基于以上目标，我们开发了新的miRNA的假尿苷修饰Ψ的测序技术，鉴定了PUS10的完整tRNA底物图谱，并首次报道了人源假尿苷合酶PUS10在细胞核内调节miRNA加工，在细胞质内修饰tRNA的区域特异性的生物学功能，丰富了假尿苷合酶以及假尿苷修饰的研究；开发了m1A的高分辨率检测技术，实现了全转录组水平单碱基分辨率的m1A甲基化谱图的鉴定，在核编码与线粒体编码的转录本上鉴定到了具有不同分布特征的m1A甲基化谱图；开发了快速、简便、灵敏、低成本的一管式反应的新型RNA测序技术；利用改进的m6A鉴定技术，绘制了人体和小鼠在mRNA和长链非编码RNA上m6A和m6Am的甲基化图谱，为深入理解其动态变化规律及调控机制提供了重要的参考；鉴定了mRNA上m6Am修饰的甲基转移酶，为进一步研究该修饰的生物学功能奠定了重要的理论基础。