環(huán)形RNA?(circular RNAs, circRNAs) 在很長一段時間內被認為是非編碼RNA,但近兩年有越來越多的證據(jù)表明其可以翻譯,目前環(huán)形RNA翻譯蛋白質(多肽)也成了最熱門的研究方向之一。大強今天會根據(jù)已發(fā)表的相關文章歸納一個基礎的研究思路和策略,以供大家參考。

研究策略 | 環(huán)形RNA的翻譯-肽度TIMEDOO

鑒定驗證環(huán)形RNA可以翻譯,主要考慮大規(guī)模鑒定、序列翻譯能力、內源蛋白檢測、翻譯的調控和功能研究幾個方面。
大規(guī)模鑒定翻譯(蛋白質合成)主要是在核糖體中進行的,且正在翻譯的RNA分子傾向于結合多個核糖體單體(多聚體,polysomes),因此想辦法固定核糖體和RNA后,從細胞裂解液里分離核糖體組分,再對其攜帶的RNA進行分析,就有可能批量化發(fā)現(xiàn)可以翻譯或正在翻譯的RNA。

實驗中可以使用放線菌酮(Cycloheximide)三尖杉酯堿(Harringtonine)抑制翻譯進行,之后裂解細胞,然后以蔗糖密度梯度離心分離不同組分(polysome profiling),接著從polysomes組分中分離RNA?;蛘咭?0%的蔗糖溶液進行離心分離RNC沉淀(full-length translating mRNA profiling),接著從RNA沉淀中分離RNA。再對分離的RNA進行高通量測序分析,測序之前進行RNase R消化以富集環(huán)形RNA是一個可選項。另外可以分離核糖體后先使用低濃度的RNase T1進行消化(ribosome profiling),然后分離核糖體單體亞基之間被保護的RNA片段(ribosome footprints, RFPs)。再對這些RNA片段進行高通量測序,從測序reads中搜索符合環(huán)形RNA的backspliced junction。

另外有文章報道甲基化修飾m6A可以促進環(huán)形RNA翻譯,因此可以提取total RNA后使用m6A抗體做IP,富集含m6A的RNA,之后進行高通量測序分析。

序列翻譯能力分析具體的環(huán)形RNA是否翻譯,可以利用現(xiàn)有的算法工具或軟件分析是否有合適的ORF,為排除假陽性或與線性RNA的同源干擾,可以只關注ORF跨越backspliced junction的環(huán)形RNA。接著分析對應的氨基酸序列特征以及翻譯的可能性。然后分析RNA和氨基酸序列在多物種中的保守性。

分析后需要實驗證據(jù)證明待定的環(huán)形RNA可以翻譯,因此需要構建環(huán)形RNA的過表達載體,以及添加標簽(如3xFlag)、刪除ATG、刪除下游IR和對應ORF線性翻譯的陽性對照載體等。翻譯驗證可以先使用RRL等體外翻譯系統(tǒng),再轉染細胞或使用AAV注射小鼠后進行檢測,初步證明預測的環(huán)形RNA及ORF可以翻譯。

接下來分析驗證環(huán)形RNA和核糖體的結合,可以使用蔗糖密度梯度離心分離不同的核糖體組分,然后以RT-PCR檢測組分中的環(huán)形RNA。

最后還要分析序列翻譯的起始機制,最常見的是考慮IRES介導,可以使用現(xiàn)有的工具(如circBank、circRNADb數(shù)據(jù)庫)預測序列中的IRES活性片段,再構建報告載體驗證IRES活性。也有考慮m6A介導的翻譯,可以預測m6A位點,并構建野生型和位點突變型載體進行驗證。

內源蛋白檢測初步確認環(huán)形RNA可以翻譯后,還需要在細胞系或動物體中檢測到內源的蛋白質(多肽)??梢远ㄖ撇Ⅱ炞C高特異性的抗體,然后進行免疫組化和Western blot檢測。有需要時可以增加過表達和siRNA等分組,注意應同步檢測對應的環(huán)形RNA。

之后可以使用定制的特異性抗體進行IP,富集目的條帶后進行質譜檢測(液相-二級質譜串聯(lián),LC-MS/MS),以驗證確認相應的肽段(氨基酸序列)。

另外可以補充驗證環(huán)形RNA或環(huán)形RNA翻譯的蛋白質與翻譯起始因子的互作,如與IRES介導對應的eIF4G或ITAF,以及與m6A介導對應的YTHDF1/2/3等。

翻譯的調控以IRES或m6A介導的環(huán)形RNA翻譯都是cap-independent translation,因此也有必要驗證特定的刺激或蛋白可以調控這種翻譯。例如熱應激或饑餓處理,以及eIF4E、4E-BP、FOXO、FTO、METTL3/14等。
功能研究功能研究的策略和套路很多,就不贅述了,需要注意很多時候RNA和對應蛋白質的豐度并不一致或不呈現(xiàn)一致的變化趨勢,因此功能研究可能需要區(qū)分可翻譯的環(huán)形RNA以及其翻譯的蛋白質。

來源:circRNA