发表期刊:Nature

影响因子:42.778

发表时间:2020.06.17

实验方法:Nucleotide-resolution ac4C sequencing

文章链接:Dynamic RNA acetylation revealed by quantitative cross-evolutionary mapping

ac4C是一种古老且高度保守的RNA修饰,存在于tRNA和rRNA上,最近在真核生物mRNA也有相应的研究。然而胞苷乙酰化的分布、动力学和功能还有待进一步阐明。2020年6月17日,美国国立卫生研究院的研究团队在《Nature》发表了题为“Dynamic RNA acetylation revealed by quantitative cross-evolutionary mapping .”的研究成果,文章中使用N4-乙酰胞苷(ac4C)-seq,这种化学基因组学方法在单核苷酸分辨率下对ac4C进行全转录组范围的定量。揭示了ac4C乙酰化研究的最新进展,为阐明这种修饰在生物学和疾病中的作用提供了技术基础和理论依据。

(1)  ac4C单核苷酸分辨率测序

为了定量研究转录组中的胞苷乙酰化,作者开发了一种能够灵敏检测ac4C的化学方法在单核苷酸分辨率上对ac4C进行全转录组范围的定量。在前面研究的基础上,作者发现ac4C和氰基硼氢化钠(NaCNBH3)在酸性条件下反应形成还原的N4-乙酰四氢胞苷。与ac4C相比,这种核酸碱基结构的改变导致逆转录时错配形成其他脱氧核苷三磷酸(dNTPs),且可通过cDNA测序检测出来。与之前的化学反应相比,该反应显示出更快的动力学,并导致已知ac4C的错配掺入到rRNA中。关键的是,ac4C在分析前用温和的碱水解(化学法脱乙酰化)修饰时,未观察到相应的突变。将这些化学反应与二代测序相结合,促成了ac4C-seq的发展,形成了一种能够对ac4C在单核苷酸分辨率上进行全转录组定量分析的方法。本文中作者报道了N4-乙酰胞苷测序ac4C-seq这种用化学基因组方法在单核苷酸分辨率上对ac4C进行全转录组定量的应用。

(2) 古细菌RNA中检测到ac4C修饰的空前水平

作者利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)对古生超嗜热菌的总RNA的交叉进化分析显示ac4C浓度很高。基于此,作者应用了ac4C-seq定量绘制了在85℃的最佳生长温度下培养的柯达卡兰的胞苷乙酰化图,发现ac4C的修饰分布于rRNA、tRNA、非编码(nc) RNA和mRNA并达到了前所未有的水平。为了了解RNA乙酰化是否是古细菌极端微生物的共同特征,作者使用了ac4C-seq分析了糠秕热球菌和热球菌中的RNA乙酰化修饰水平,结果表明ac4C在热球菌的每个群体中广泛存在且在数百个不同的位点发生修饰。此外也验证了在古细菌热球菌中ac4C不仅广泛存在,而且ac4C发生的的位置也高度保守。这些研究确定了古生序热球菌中普遍存在的RNA乙酰化及其调控机制。

(2) 古细菌RNA乙酰化的动态变化

为了研究ac4C是如何被环境影响,作者使用ac4C-seq鉴定了在55-95℃的环境下培养的科柯达卡兰菌种乙酰化修饰水平。结果发现,ac4C在温度升高时被显著诱导,而缺乏乙酰转移酶的古细菌菌株表现出温度依赖的生长缺陷。此外,冷冻电子显微镜观察野生型和缺乏乙酰转移酶的古细菌核糖体的结果也为ac4C的温度依赖性分布及其潜在的热适应作用提供了结构上的证据。作者的研究也定量地显示了ac4C修饰的整体水平,为阐明这种修饰在生物学和疾病中的作用提供了技术和概念基础。