翻譯組學簡介
轉錄組數據能夠評估蛋白質的表達水平织中，然而苗缩，越來越多的研究結果表明崭参，mRNA的豐度和蛋白質的豐度存在較大差異相寇。這主要是由于在翻譯過程中存在復雜的調控機制慰于。蛋白質可以通過質譜技術直接量化蛋白質的豐度，但無法檢測出mRNA的翻譯效率和蛋白質的合成速率唤衫。因此婆赠，迫切需要一種創(chuàng)新性技術，成為轉錄組學和蛋白質組學的重要橋梁和樞紐战授。因此页藻，翻譯組學恰逢其時地應運而生桨嫁。
翻譯組學(Translatomics)是一種對核糖體結合的RNA進行捕獲和測序的技術，通過對正在翻譯的RNA分子進行測序和分析份帐，可以精確地量化從基因到蛋白的轉錄和翻譯效率璃吧，并比較不同處理下，蛋白質的翻譯調控機制废境。翻譯水平的調節(jié)是蛋白質豐度的關鍵決定因素畜挨，而蛋白質豐度又進一步調節(jié)細胞狀態(tài)。對于蛋白質來說噩凹，翻譯水平的調控程度超過了轉錄調控巴元、mRNA代謝和蛋白質代謝調控過程的總和。翻譯調控是細胞內一種重要的調控機制驮宴，它能夠在轉錄后水平對蛋白質的合成進行精確控制逮刨，而且在生物體的生長、發(fā)育堵泽、代謝等多種生物學過程都發(fā)揮非常重要的作用修己。從基因組到轉錄組的調控研究成果有很多，相比之下迎罗，缺乏從轉錄組到蛋白質組的調控研究成果睬愤，而翻譯組作為轉錄組和蛋白質組之間的橋梁，彌補了這一短板纹安。隨著翻譯組學技術的運用尤辱，我們能夠更加全面并且準確地獲得翻譯過程中的各種信息，包括翻譯效率厢岂、翻譯起始光督、翻譯終止等，這也為我們發(fā)現新的翻譯調控機制提供了強有力的技術支持咪笑。
翻譯組學研究技術
目前可帽，翻譯組學的研究方法有：多聚核糖體圖譜(polysome profiling)娄涩、翻譯核糖體親和純化測序(TRAP-seq或RiboTag-seq)窗怒、核糖體印跡測序(Ribo-seq)、核糖體-新生肽鏈復合物測序(RNC-seq)和單細胞核糖體印跡測序(scRibo-seq)蓄拣。
Polysome?profiling：通過蔗糖梯度超速離心分離free mRNA扬虚、40S和60S核糖體亞基、單核糖體和多聚核糖體球恤，收集含有多聚核糖體的部分用于RNA或蛋白質分析。
優(yōu)點：可以檢測核糖體密度分布；對胞質RNA做分級热监。
缺點：需要特定的設備；需要投入的樣品量較多躬存；操作復雜耗時長；可能存在假多聚體和脂質顆粒的污染舀锨；不能提供核糖體的位置信息岭洲。
TRAP-seq：通過轉基因手段給感興趣的核糖體帶上親和純化標簽，并使用組織特異性啟動子控制該標簽的表達坎匿。帶標簽的核糖體以及與之結合盾剩、正在翻譯的mRNA可以被特定的抗體捕獲，去除rRNA后替蔬，可進一步開展RNA-seq或Microarray檢測告私。
優(yōu)點：檢測具有細胞特異性。
缺點：難點在于構建轉基因細胞或動物模型承桥；親和標簽可能干擾核糖體功能驻粟；不能提供核糖體的位置信息。
Ribo-seq：細胞裂解后凶异，用RNase將不受核糖體保護的RNA區(qū)域切割和消化格嗅，并在去除rRNA后，對核糖體保護片段（RPF）進行深度測序生成核糖體譜唠帝，可以提供核糖體在翻譯mRNA上的位置及定量信息屯掖。
優(yōu)點：能夠檢測核糖體密度分布；明確核糖體位置信息襟衰；發(fā)現新的非典型ORFs贴铜；破譯翻譯調控機制。
缺點：需要特定的設備瀑晒；需要投入的樣品量較多绍坝；操作復雜耗時長；可能存在假RPFs的污染苔悦；冗余的生物信息轩褐。
RNC-seq：與Polysome profiling不同，RNC-seq采用30%蔗糖緩沖液玖详，通過超速離心分離核糖體相關的翻譯mRNA把介，收集沉淀中的RNC-mRNA，回收的RNC-mRNA可以保存全長信息蟋座。
優(yōu)點：回收率更高拗踢；沒有蔗糖污染；獲得全長mRNA向臀。
缺點：RNC脆弱易斷巢墅；不同核糖體數目的RNC混合分析；不能提供核糖體的位置信息。
scRibo-seq：將單細胞用含有放線菌酮(CHX)的裂解液進行裂解君纫，并用微球菌核酸酶（MNase）酶切釋放RPF驯遇，之后構建文庫，選擇具有典型RPF長度的片段進行深度測序蓄髓。
優(yōu)點：單細胞的翻譯檢測妹懒；無需標記及轉基因材料；適用于稀有的原代樣品双吆。
缺點：相對較低的靈敏度和準確度眨唬；丟失了空間和時間信息；生物或技術噪音好乐。
總之匾竿，這些翻譯組學研究技術各有優(yōu)勢，研究者可以根據具體的研究目的和實驗條件選擇合適的技術蔚万。如果需要直接測定翻譯效率岭妖、鑒定翻譯起始位點、鑒定uORF以及新型的microProtein反璃，Ribo-seq是更好的選擇昵慌；如果需要了解翻譯效率的直觀圖譜，Polysome profiling更合適淮蜈；如果需要獲得特定細胞或組織的翻譯信息斋攀，TRAP-seq更合適；如果需要了解核糖體的組成和活性梧田，RNC-seq更有用淳蔼。
Ribo-seq技術應用思路
基于翻譯組學技術，科學家們在翻譯調控研究方面已經取得了一系列重要成果裁眯。我們以Ribo-seq為例鹉梨，簡要總結了翻譯組學的研究思路。
（1）研究基礎：確定研究目的穿稳，制備樣品存皂，開展Ribo-seq測序。
（2）研究進階：個性化數據分析逢艘，必要的實驗驗證和功能研究旦袋。
（3）研究升華：多組學聯合分析，充分的實驗驗證埋虹，發(fā)現新的調控機制猜憎，具備潛在應用價值娩怎。
Ribo-seq技術應用方向
Ribo-seq是一種針對細胞中核糖體以及核糖體保護的mRNA片段的研究技術搔课，能在全基因組范圍內、高分辨率的定量分析正在翻譯的mRNA。該方法已在許多動物爬泥、植物和微生物研究中被應用柬讨，并且揭示了有關翻譯過程的許多調控機制。
在癌癥研究中袍啡，通過翻譯組學分析踩官，發(fā)現癌癥細胞中異常激活的翻譯調控途徑，為癌癥治療提供新靶點境输。例如蔗牡，研究發(fā)現某些癌癥細胞中eIF4E的表達水平升高，通過抑制eIF4E活性可抑制腫瘤生長嗅剖。在神經系統疾病研究方面辩越，研究了阿爾茨海默病、帕金森病等神經系統疾病中的翻譯調控異常信粮，為疾病診斷和治療提供線索黔攒。例如，研究發(fā)現阿爾茨海默病患者大腦中某些mRNA的翻譯效率降低强缘，可能與疾病發(fā)病機制相關督惰。在自身免疫性疾病研究中，分析免疫細胞在炎癥旅掂、感染等過程中的翻譯調控網絡赏胚，揭示免疫應答的分子機制。例如商虐，研究發(fā)現某些炎癥因子可通過調控翻譯起始過程影響免疫細胞的功能栅哀。在代謝性疾病方面，翻譯調控在胰島素信號通路和葡萄糖代謝中發(fā)揮作用称龙，與肥胖留拾、糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生有關。在心血管疾病方面鲫尊，翻譯調控影響心臟細胞的生長和功能痴柔，可能與心力衰竭等心血管疾病相關。許多遺傳性疾病疫向，如囊性纖維化咳蔚、杜氏肌肉萎縮癥和某些類型的遺傳性心臟病，都涉及翻譯調控的異常搔驼。在生長發(fā)育生物學方面谈火，研究胚胎發(fā)育過程中的翻譯調控，揭示細胞分化和器官形成的分子機制舌涨。例如糯耍，研究發(fā)現某些mRNA在胚胎發(fā)育過程中的翻譯調控對細胞命運決定具有關鍵作用。在藥物研發(fā)方面，基于翻譯組學發(fā)現的藥物靶點温技，設計新型藥物革为，為疾病治療提供新策略。例如舵鳞，針對翻譯起始因子eIF2B的抑制劑可用于治療某些遺傳性疾病震檩。在感染性疾病研究方面，病原體（如：病毒和細菌）可能通過操縱宿主細胞的翻譯機制來促進自身的復制和存活蜓堕。
總之抛虏，翻譯組學在生物學和醫(yī)學研究中的具有重要的地位和應用意義，隨著技術的不斷進步套才，Ribo-seq的應用將會更加廣泛嘉蕾。
Ribo-seq文章案例
案例一：癌癥研究
文章標題：Modulated expression of specific tRNAs drives gene expression and cancerprogression.
研究內容：使用Ribo-seq與tRNA測序技術研究tRNA在乳腺癌轉移中的作用，發(fā)現tRNA ArgCCG和tRNA ArgUUC作為乳腺癌轉移的促進因子霜旧，通過直接增強EXOSC2的表達和增強GRIPAP1的翻譯來促進乳腺癌轉移错忱。
案例二：神經系統疾病
文章標題：Defects in mRNA translation in LRRK2-Mutant hiPSC-Deriveddopaminergic neurons leads to dysregulated calcium homeostasis
研究內容：該研究以帕金森病(PD)患者的誘導多能干細胞(iPSC)分化成的多巴胺能神經元為實驗材料，通過Ribo-seq分析挂据，發(fā)現LRRK2基因G2019S位點突變會導致mRNA翻譯失調以清，進而影響鈣穩(wěn)態(tài)，并可能導致了帕金森病中多巴胺能神經毒性崎逃。
案例三：心血管疾病
文章標題：The translational landscape of the human heart
研究內容：使用Ribo-seq技術研究擴張性心肌病(DCM)心肌組織的翻譯組掷倔，鑒定出169個lncRNA和40個circRNA編碼的新的微蛋白(microprotein)。
案例四：生長發(fā)育
文章標題：Developmental dynamics of RNA translation in the human brain
研究內容：使用Ribo-seq繪制人類大腦的全面的翻譯圖譜个绍，揭示了基因表達調控的關鍵節(jié)點勒葱，識別了數千個未知的翻譯事件，包括編碼人類大腦特異性微蛋白的小開放閱讀框(sORF)巴柿。該研究對于理解人類大腦的特征和腦相關疾病具有重要意義凛虽。
案例五：植物逆境脅迫
文章標題：Pervasive downstream RNA hairpins dynamically dictate start-codon selection
研究內容：使用Ribo-seq、SHARP-MaP揭示了植物免疫過程中广恢，mRNA的結構變化動態(tài)調節(jié)了翻譯起始密碼子的選擇凯旋。促進抗病相關的mRNA翻譯效率提高，增強了植物的抗病性钉迷。
案例六：病毒感染
文章標題：Dissecting infectious bronchitis virus-induced host shutoff at thetranslation level
研究內容：使用Ribo-seq繪制了傳染性支氣管炎病毒(IBV)感染細胞的翻譯景觀至非，并證明了IBV誘導宿主基因關閉以促進其復制的新策略。
以上這些案例糠聪，展示了Ribo-seq在生物學和醫(yī)學研究領域中的應用荒椭，從不同角度揭示了翻譯調控在正常生理及疾病過程中的重要作用，也為人們深入洞察生命科學的復雜機制和信號通路提供了技術支持舰蟆。
參考文獻
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