2021年6月10日，深圳華大生命科學(xué)研究院、青島華大基因研究院、青歐生命科學(xué)高等研究院的羅永倫團(tuán)隊屁擅，在Communications Biology期刊發(fā)表了題為 A porcine brain-wide RNA editing landscape 的研究文章，黃晉榮博士為第一作者和共同通訊作者产弹。該研究在國際上報道了首個豬腦組織精細(xì)RNA編輯圖譜派歌，是對哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)RNA編輯譜的重要補(bǔ)充，為以豬為模型進(jìn)行神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究提供了重要參考痰哨，也為理解轉(zhuǎn)錄后修飾機(jī)制提供了新線索胶果。
此項研究依托深圳國家基因庫完成生物信息學(xué)分析，RNA-seq和WGS數(shù)據(jù)已存儲于國家基因庫生命大數(shù)據(jù)平臺（CNGBdb）斤斧，項目編號分別為：CNP0000483和CNP0001045早抠。?分析結(jié)果可通過PBRe門戶網(wǎng)站獲得：https://www.synapse.org/PBRe。
研究背景
RNA編輯（RNA editing）是不改變基因組序列撬讽，發(fā)生在RNA水平的核苷酸插入蕊连、缺失或替換。作為后生動物中一種重要的轉(zhuǎn)錄后修飾機(jī)制游昼，RNA編輯增加了細(xì)胞轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和蛋白質(zhì)的多樣性1甘苍。過去十年，得益于高通量測序技術(shù)和生物信息學(xué)的發(fā)展烘豌，大量RNA編輯位點相繼在哺乳動物的各種組織中被發(fā)現(xiàn)载庭。與體細(xì)胞DNA突變不同，RNA編輯受細(xì)胞特定基因家族的催化調(diào)控廊佩，被編輯與未被編輯的RNA分子可以同時出現(xiàn)在一個細(xì)胞內(nèi)囚聚，比例呈動態(tài)變化。由ADAR（Adenosine deaminase acting on RNA）酶家族催化的腺嘌呤（Adenosine）到次黃嘌呤核苷（Inosine）的替換标锄，即A-to-I編輯顽铸，是哺乳動物最主要的RNA編輯類型，存在于各類組織鸯绿、器官跋破，特別是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中1簸淀。RNA編輯譜的異常與多種疾病有關(guān)瓶蝴，且主要是神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病。在罹患精神分裂癥租幕、自閉癥舷手、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的群體中，均發(fā)現(xiàn)了腦組織RNA編輯調(diào)控的異常2-4劲绪。與小鼠等嚙齒類動物相比男窟，豬與人類在解剖學(xué)盆赤、生理學(xué)上有更多相同點，是廣泛使用的大動物模型歉眷。然而牺六，豬腦組織的RNA編輯尚未得到系統(tǒng)地研究。
研究內(nèi)容
研究團(tuán)隊以1歲齡巴馬小型豬為研究對象汗捡，從大腦皮層淑际、下丘腦、腦干扇住、小腦春缕、脊髓等結(jié)構(gòu)的30個區(qū)域采集了119個組織樣本，進(jìn)行高深度的DNA和RNA測序艘蹋。該研究在豬腦組織中發(fā)現(xiàn)了約68萬個RNA編輯位點锄贼，超過97%未被報道過，極大地豐富了哺乳動物RNA編輯數(shù)據(jù)集女阀。與人宅荤、小鼠等其他哺乳動物的前期研究報道一致，在豬腦組織中發(fā)現(xiàn)的RNA編輯位點浸策，只有少量發(fā)生在蛋白編碼區(qū)膘侮，但卻有非常重要的功能。在蛋白編碼區(qū)的1734個RNA編輯位點中的榛，有64%會引起氨基酸序列的改變琼了，稱為recoding位點。攜帶這些recoding位點的基因夫晌，顯著富集于神經(jīng)遞質(zhì)傳遞相關(guān)的生物過程雕薪。作者對主要神經(jīng)遞質(zhì)受體基因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，引起氨基酸序列改變的RNA編輯晓淀，主要發(fā)生在谷氨酸受體基因所袁。其中，GRIA2(Q607R)凶掰、 GRIA2(R764G)燥爷、 GRIA3(R775G)、 GRIA4(R765G)懦窘、GRIK1(Q621R)?和 GRM4(Q124R)?等前翎，都是哺乳動物中保守的RNA編輯位點。
作者進(jìn)一步對豬神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析畅涂，與豬成纖維細(xì)胞相比港华，誘導(dǎo)后產(chǎn)生的神經(jīng)元總體上呈現(xiàn)更高的RNA編輯水平；位于GRIA2午衰、GRIK2等谷氨酸受體基因的recoding位點立宜，編輯水平亦出現(xiàn)顯著上調(diào)冒萄。這些recoding RNA編輯，在神經(jīng)遞質(zhì)傳遞過程中具有關(guān)鍵功能橙数。例如尊流，GRIA2 (Q607R)?編輯可以降低谷氨酸受體鈣離子通透性，進(jìn)而影響突觸信號傳遞灯帮。在豬腦組織中奠旺，GRIA2 (Q607R)在不同腦區(qū)都接近100%編輯；在豬神經(jīng)元中施流，該位點也幾乎呈完全編輯狀態(tài)响疚。前期研究表明，降低GRIA2 (Q607R)?編輯水平瞪醋，小鼠會出現(xiàn)神經(jīng)元樹突棘丟失忿晕、海馬 CA1神經(jīng)元丟失和學(xué)習(xí)記憶能力減退等現(xiàn)象5。
對不同腦組織RNA編輯的主成份分析發(fā)現(xiàn)，來自同一結(jié)構(gòu)（例如宾巍，大腦皮層）的腦組織咕幻，具有更近似的RNA編輯譜。進(jìn)一步的比較分析發(fā)現(xiàn)顶霞，蛋白編碼區(qū)的RNA編輯位點肄程，不同腦區(qū)呈現(xiàn)近似的編輯水平；而位于重復(fù)序列區(qū)域的RNA編輯位點选浑，傾向于呈現(xiàn)更大的腦區(qū)差異性蓝厌。與其他腦區(qū)相比，小腦整體上具有更高的RNA編輯水平古徒。
在哺乳動物中隧膘，絕大多數(shù)A-to-I編輯都是發(fā)生在非編碼的SINEs重復(fù)序列區(qū)域代态，例如，人類（Alu）疹吃，小鼠（B1）和豬（PRE）蹦疑。越來越多的研究表明，重復(fù)序列區(qū)域的RNA編輯互墓，與細(xì)胞內(nèi)源性雙鏈RNA的識別必尼、轉(zhuǎn)座子調(diào)控有關(guān)蒋搜。最后篡撵，對人與豬保守RNA編輯位點的比較分析發(fā)現(xiàn)判莉，大多數(shù)位點的編輯水平在對應(yīng)腦區(qū)中沒有物種差異，提示豬在人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的RNA編輯研究中的潛在價值育谬。
該研究的合作方有哥本哈根大學(xué)券盅、奧胡斯大學(xué)、五邑大學(xué)膛檀、武漢大學(xué)人民醫(yī)院锰镀、卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)。
首發(fā)公號：國家基因庫大數(shù)據(jù)平臺??
參考文獻(xiàn)
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信息來源：“青歐生命科學(xué)高等研究院”公眾號
圖片源于Communications Biology官網(wǎng)和“青歐生命科學(xué)高等研究院”公眾號咖刃。
