技術簡介
Ribo-seq灵迫，又稱為Ribosome Profiling或者翻譯組測序秦叛，能夠?qū)εc核糖體結(jié)合并正在被翻譯的約30 nt的mRNA片段進行測序，詳細檢測體內(nèi)的翻譯狀態(tài)瀑粥，Ribo-seq是連接轉(zhuǎn)錄組學與蛋白質(zhì)組學之間的橋梁挣跋。該技術可構(gòu)建癌細胞全基因組水平上蛋白翻譯圖譜，量化蛋白質(zhì)翻譯效率狞换，為基因表達轉(zhuǎn)錄后調(diào)控研究提供支持避咆。
2016年發(fā)表在Cell上的“Modulated Expression of Specific tRNAs Drives Gene Expression and Cancer Progression”文章，發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞中表達上調(diào)的特異性tRNA修噪，這些tRNA通過增強富含同源密碼子的轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性和翻譯來驅(qū)動癌細胞轉(zhuǎn)移查库。這篇文章主要通過三個關鍵證據(jù)支持研究者的觀點：
特異性tRNA（tRNAGluUUC和tRNAArgCCG）在高轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞中表達上調(diào)。
tRNAs促進了富含其同源密碼子的轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性和翻譯割按。
tRNAGluUUC通過直接上調(diào)EXOSC2和增強GRIPAP1來驅(qū)動轉(zhuǎn)移膨报。
在之前的研究中，科學家發(fā)現(xiàn)編碼序列中存在特異性密碼子偏好适荣，影響了蛋白質(zhì)的表達水平现柠。另一方面，在不同物種中弛矛，tRNA含量與蛋白質(zhì)合成時密碼子使用偏倚相關够吩，并調(diào)節(jié)基因的表達。這些研究將細胞通路激活與tRNA含量聯(lián)系起來丈氓。這篇文章的研究目的是通過對比非致瘤細胞系和乳腺癌細胞系中tRNA豐度周循，揭示tRNA的調(diào)節(jié)效應以及在腫瘤進程中發(fā)揮的作用。
研究者首先對不同細胞系（非致瘤上皮細胞系MCF10a万俗，低轉(zhuǎn)移乳腺癌細胞系MDA-231和CN34湾笛，以及相對應的高轉(zhuǎn)移亞系MDA-LM2和CN-LM1a）的tRNA進行測序和定量，發(fā)現(xiàn)兩組低轉(zhuǎn)移乳腺癌細胞為獲得更高的轉(zhuǎn)移能力而選擇相似的tRNA豐度調(diào)節(jié)模式闰歪，并證實了特異性tRNA（tRNAArgCCG和tRNAGluUUC）在高轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞中表達上調(diào)嚎研，驗證了tRNAs表達上調(diào)后癌細胞轉(zhuǎn)移和侵襲能力增加（但與細胞增殖能力無關），進一步支持了tRNA水平調(diào)節(jié)可以特異性促進癌細胞轉(zhuǎn)移的觀點库倘。
研究使用Ribo-seq技術分別對對照組（Control）临扮、tRNAArgCCG過表達組（tRNAArg-OE）和tRNAGluUUC過表達組（tRNAGlu-OE）細胞系進行分析（Ingolia et al., 2014），檢測活躍核糖體翻譯組的調(diào)控結(jié)果教翩，用于評估tRNA上調(diào)對轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程的影響杆勇。通過這些數(shù)據(jù)，科學家觀察到了普遍存在的核糖體保護片段（RPFs饱亿，ribosome protected fragments）的周期性和長度（Figures 4A, 4B, S4B, and S4C）蚜退。在過表達細胞系中闰靴，一些基因的相對核糖體占有率較高，這些基因的編碼序列中富含與特異性tRNA配對的同源密碼子（Figures 4C and S4D）关霸。根據(jù)上述結(jié)果传黄，測量了約4000個蛋白質(zhì)的表達水平直接評估tRNA調(diào)節(jié)對蛋白質(zhì)表達的影響。在過表達細胞系中队寇，與特異性tRNA同源的密碼子含量較高的轉(zhuǎn)錄本普遍穩(wěn)定膘掰。
該研究分析了全基因組數(shù)據(jù)并重點關注了tRNAGluUUC過表達細胞系的核糖體譜數(shù)據(jù)，確定了當tRNAGluUUC豐度更高時佳遣，EXOSC2和GRIPAP1是潛在靶點识埋。這些基因在高轉(zhuǎn)移細胞中高表達，但轉(zhuǎn)錄水平上無顯著上調(diào)零渐，表明這些基因上調(diào)主要是由轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)窒舟。
利用Ribo-seq技術分析核糖體保護片段（RPF），將tRNA偏好诵盼、核糖體占用和蛋白質(zhì)表達之間相關聯(lián)惠豺。為了量化tRNA含量的變化對活躍核糖體翻譯組和蛋白質(zhì)表達的影響，研究者定義了一個tRNA偏好評分參數(shù)风宁，并對轉(zhuǎn)移不良親本細胞系（MDA-par和CN34-per）及其高轉(zhuǎn)移衍生系（MDA-LM2和CN34-LM1a）進行了分析洁墙。核糖體保護片段（RPF）被歸一化為每個細胞系的總RNA（TT），用于解釋基因表達的差異戒财。親本與衍生系之間的RPF/TT比率在生物學重復中保持一致热监，顯著正相關（Figures 7A and S7A）。將每個基因的tRNA偏好評分與其各自矯正的核糖體足跡重疊后饮寞，發(fā)現(xiàn)具有較高tRNA偏好評分的轉(zhuǎn)錄本在那些受核糖體結(jié)合較多的轉(zhuǎn)錄本中強烈富集（Figure 7B）孝扛。研究者隨后將每個基因轉(zhuǎn)錄本豐度進行歸一化處理，證實了高轉(zhuǎn)移亞系中幽崩，tRNA偏好得分高的基因顯著富集（Figure 7C）苦始。以上結(jié)果表明，差異tRNA表達為蛋白質(zhì)翻譯圖譜的改變提供重要信息慌申。
這項研究證實了tRNA豐度的改變可以調(diào)節(jié)細胞中蛋白的表達盈简，并且癌細胞可以通過調(diào)節(jié)tRNA水平來調(diào)整癌癥進程中的多數(shù)啟動子的表達。雖然文章中這種tRNA分析方法是基于乳腺癌細胞系研究太示，但研究者認為在其他疾病、模型和物種中還有更廣闊的應用前景香浩。
小結(jié)
Ribo-seq技術檢測到核糖體結(jié)合的轉(zhuǎn)錄本與tRNA表達顯著相關类缤，將基因表達調(diào)控中的轉(zhuǎn)錄過程與翻譯過程關聯(lián)起來，可以通過檢測mRNA核糖體保護片段（RPF）邻吭，識別翻譯過程中的tRNA調(diào)控事件餐弱。Ribo-seq技術可以與DAP-seq/ChIP-seq、RNA-seq、tRNA-seq和質(zhì)譜等技術一起膏蚓，將基因表達的調(diào)控過程完整呈現(xiàn)出來瓢谢。
引用文獻
Goodarzi H, Nguyen HCB, Zhang S, Dill BD, Molina H, Tavazoie SF. Modulated Expression of Specific tRNAs Drives Gene Expression and Cancer Progression. Cell. 2016. 165(6):1416-1427.
