最近，麻省理工學(xué)院（MIT）的科學(xué)家們發(fā)明了一種新技術(shù)——名為單細(xì)胞新生RNA測(cè)序（scGRO-seq），可以幫助我們更好地理解基因轉(zhuǎn)錄的控制和協(xié)調(diào)過程。這項(xiàng)技術(shù)利用點(diǎn)擊化學(xué)方法，能夠在單個(gè)細(xì)胞中定量評(píng)估基因組范圍內(nèi)的初生轉(zhuǎn)錄，并揭示基因轉(zhuǎn)錄的協(xié)調(diào)性。這項(xiàng)技術(shù)的細(xì)節(jié)發(fā)表在一篇新的《Nature》論文中，題為“單細(xì)胞新生 RNA 測(cè)序揭示了協(xié)調(diào)的全局轉(zhuǎn)錄”。

以往的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)子（enhancer）在轉(zhuǎn)錄過程中會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)子RNA（eRNA）?？茖W(xué)家們懷疑，當(dāng)增強(qiáng)子與目標(biāo)基因相互作用時(shí)，這種轉(zhuǎn)錄就會(huì)發(fā)生。通過測(cè)量eRNA的轉(zhuǎn)錄水平，我們可以確定增強(qiáng)子何時(shí)處于活躍狀態(tài)，以及它們對(duì)哪些基因起作用。

然而，測(cè)量eRNA并不容易，因?yàn)樗a(chǎn)量較小且缺乏聚A尾巴，這使得捕獲和測(cè)序變得困難。為了解決這個(gè)問題，MIT的科學(xué)家們采用了點(diǎn)擊化學(xué)技術(shù)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種帶有“點(diǎn)擊手柄”的核苷酸，并將其納入eRNA鏈中。通過使用互補(bǔ)的點(diǎn)擊手柄將這些eRNA鏈拉出來進(jìn)行擴(kuò)增和測(cè)序，科學(xué)家們能夠從單個(gè)細(xì)胞中提取出約10%的eRNA，足以獲得正在活躍轉(zhuǎn)錄的增強(qiáng)子和基因的信息。

△單細(xì)胞新生 RNA 測(cè)序的示意圖和基準(zhǔn)測(cè)試

為了驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)的有效性，研究人員在超過2600個(gè)小鼠胚胎干細(xì)胞中進(jìn)行了測(cè)試。他們能夠根據(jù)RNA鏈的長(zhǎng)度和聚合酶速度，估計(jì)特定區(qū)域何時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，以及正在轉(zhuǎn)錄的基因和增強(qiáng)子。此外，他們還確認(rèn)了一些已知的基因-增強(qiáng)子對(duì)，并生成了一個(gè)包含5萬(wàn)個(gè)可能對(duì)的列表。

這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大。例如，研究人員正在與波士頓兒童醫(yī)院的科學(xué)家合作，研究與狼瘡相關(guān)的免疫細(xì)胞突變。通過使用單細(xì)胞新生RNA測(cè)序技術(shù)，他們希望能夠確定這些突變對(duì)哪些基因產(chǎn)生影響，以及在哪些細(xì)胞類型中增強(qiáng)子活躍。這將有助于我們更好地理解疾病的發(fā)生機(jī)制。

此外，該技術(shù)還有助于驗(yàn)證一個(gè)理論，即基因轉(zhuǎn)錄受到凝聚物的控制。科學(xué)家們認(rèn)為，增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間的通信形成了一種凝聚物結(jié)構(gòu)，而RNA是其中的一部分。通過研究增強(qiáng)子RNA的活躍性，我們可以更深入地了解這種凝聚物結(jié)構(gòu)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控作用。

總之，單細(xì)胞新生RNA測(cè)序技術(shù)為我們提供了一種全新的視角，幫助我們深入了解基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展將為生物學(xué)和疾病研究提供重要的工具和基礎(chǔ)，有望推動(dòng)科學(xué)的進(jìn)步和醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

編輯：王洪?排版：李麗

參考文獻(xiàn)：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07517-7#author-information