美呼吁启动大型RNA研究项目,堪比人类基因组计划
2021年以来,随着一种新型疫苗保护数百万人免受新冠肺炎的感染,信使RNA(mRNA)开始被更多人熟知。这种分子将DNA的密码从细胞核中转移出来,以指导蛋白质的产生。它只是深刻影响细胞功能的几种类型的RNA之一。
在严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型的RNA分子的10个碱基中,有两个碱基可能影响RNA功能。图片来源:JANET IWASA AND RACHEL TORREZ
近日,美国国家科学院、工程院和医学院(NASEM)发布报告,呼吁启动一项为期15年的研究,对细胞中产生的数千种RNA序列及其出错方式进行分类。这项雄心勃勃的计划被称为“RNome”项目,可能会刺激新的疾病治疗方法、疫苗和农业创新的发展。
“RNA有巨大的力量。”美国国家环境健康科学研究所(NIEHS)科学项目主任Fred Tyson说,了解RNA生物学“可以在很多有意义的方面改变我们的生活,真正造福人类”。
RNA不仅是遗传信息的信使,还在细胞中扮演着多种角色。转移RNA将特定的氨基酸传递给核糖体,核糖体将蛋白质组合在一起,其他RNA则使基因沉默或影响其活性。这些RNA的行为不仅反映了它们的序列,还反映了它们在从细胞核输出之前是如何被修饰的。德国法兰克福大学的分析化学家Stefanie Kaiser说,如果RNA是一所房子,“它的修饰就是窗户和电源插座”,使其发挥作用。
美国密歇根大学的RNA生物学家Vivian Cheung说,大多数疾病都是因RNA失调造成,包括普拉德-威利综合征、某些肌肉萎缩症以及癌症。宿主细胞RNA也会被HIV和其他病毒盯上。这使得RNA成为疫苗和疾病治疗的一个有希望的靶点。到目前为止,在人类RNA中已经记录了大约50种类型的修饰。“我们知道是RNA搞砸的,但我们不知道它是如何运作的。”美国麻省理工学院的生物工程师Peter Dedon补充说。
2021年,Cheung和同事发表了一篇论文,呼吁对RNA进行大规模研究,包括其所有的修饰。NIEHS和美国国家人类基因组研究所(NHGRI)还组织了一场研讨会对其进行探讨。在NIEHS、NHGRI以及美国沃伦·阿尔珀特基金会的支持下,Cheung委托NASEM为RNome项目制定路线图,该项目将生成从病毒到人类等各种生命形式中自然存在的RNA序列和修饰目录。
“RNome比人类基因组计划复杂得多。”美国芝加哥大学化学生物学家、NHGRI RNA研究中心负责人何川(音)补充道,对于给定的RNA分子,研究人员不仅要记录序列,还要记录修饰的类型和位置。
NHGRI基因组科学主任Carolyn Hutter表示,NASEM提出的不单是测序工作,而是一个专注于“赋能技术和基础设施”的项目。它设定了一系列5年目标,并建议建立“RNA核心中心”来应对这些目标。在10年时间里,RNome项目会记录下一些特征明确的人类细胞系中RNA的所有修饰。
NASEM发布的报告称,美国国立卫生研究院(NIH)应与国际合作伙伴合作,建立一个集中的RNA数据库,并制定如何描述它们的规则。
由于缺乏直接破译RNA的实用方法,研究人员目前不得不将其转换回DNA进行测序,这种转换可以去除任何修饰。该报告呼吁改进色谱和质谱技术,这些技术可以识别RNA链上的化学修饰,但目前还无法确定它们在超过100个碱基长的序列中发生的位置。
测序公司Oxford Nanopore Technologies已经开发了直接对RNA进行测序的生化试剂盒和软件,并正在研究捕获修饰的方法。该公司的技术将基因链穿过一个微小的蛋白质孔,并从电流的变化中检测每个碱基的身份。该公司高级计算生物学家Adrien Leger说,到今年年底,他们开发的测序仪还将可靠地检测到每个碱基的3种最常见的修饰。
根据报告的描述,Dedon估计,RNome项目大约需要300亿美元的资金支持,是人类基因组计划的10倍。但NHGRI主任Eric Green指出,考虑到美国联邦机构面临的预算限制,资金目前无法保证,NHGRI可能是该项目的主要资助者。
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