酶介导的炔基标记可实现转录组范围内的假尿苷修饰识别

为什么 RNA 上的小标记很重要

你体内的每个细胞都充满了 RNA，这种分子是 DNA 的工作表亲，负责将遗传指令转化为蛋白质。许多 RNA 带有微小的化学标签来微调其功能，其中最常见的之一称为假尿苷。这些微小的标记能影响细胞的生长、对压力的响应，甚至影响 mRNA 疫苗的效果。然而，直到现在，科学家们一直难以准确看到假尿苷在整个人类细胞 RNA 中的分布位置。

遗传字母表中的微小改动

假尿苷与常见的 RNA 碱基尿苷在外观上几乎相同，但其原子排列的细微重排改变了其行为。这样的微小改动可以稳定 RNA 结构、改变 RNA 的剪接方式，并调节细胞合成蛋白质的效率。假尿苷存在于多种类型的 RNA 中，包括参与蛋白质合成、基因调控和病毒生命周期的 RNA。它还与一些人类疾病有关，并与当今 mRNA 疫苗中使用的修饰核苷密切相关。尽管重要性显著，假尿苷在常规测序中仍然很难被识别，因为它像普通尿苷一样仍能与其他碱基配对。

寻找更好检测方法的努力

现有的映射假尿苷的方法通常依赖于苛刻的化学处理，使 RNA 受损从而在逆转录或测序时产生停滞或读数异常。这些方法尽管可以准确，但有其缺陷：它们往往破坏 RNA，需要大量样本，并要求极深的测序深度和繁重的数据分析以从噪声中辨别真实信号。当多个尿苷相邻时，这些方法也难以精确定位假尿苷，而且不易富集那些罕见的 RNA 或低丰度修饰，而这些可能在生物学上仍然重要。因此，研究人员推测许多人类信使 RNA 中的假尿苷位点尚未被发现。

借用耐热微生物的酶

作者转向自然工具箱，关注一种来自嗜热古菌 Methanocaldococcus jannaschii 的酶，该酶通常在转运 RNA 上向假尿苷添加一个小的甲基。他们发现这种名为 Mj1640 的酶比之前想象的更具可塑性。在试管实验中，它能高效地标记短合成 RNA 和复杂细胞 RNA 中的假尿苷，而对普通尿苷几乎不加修饰。更有用的是，该酶可以与一个特别设计的辅因子配合使用，使其将基于炔基的一小段“把手”连接到假尿苷上。随后可以通过温和的点击化学把这个把手连接到荧光染料或生物素上，整个过程条件温和，足以保持 RNA 的大体完整性。

从被标记的 RNA 到全转录组图谱

基于这种化学方法，团队创建了 ELAP-seq，意为酶促标记并富集测序（Enzymatic Labeling and Pull down for Sequencing）。首先，他们将人类细胞的 RNA 片段化，使用 Mj1640 和炔基辅因子对可及的假尿苷进行标记。接着通过点击化学连接上生物素，用磁珠捕获被标记的 RNA 片段，并将富集的片段制备成测序文库。对逆转录步骤的巧妙调整使聚合酶倾向于在被标记的碱基处终止，从而在单核苷酸分辨率上产生尖锐信号。由于仅富集含假尿苷的片段，该方法显著提高了信噪比，降低了所需测序量和计算量，同时仍能在多种序列背景下工作。

新图谱揭示的细胞生物学信息

将 ELAP-seq 应用于两种常用的人类细胞系 HeLa 和 HEK293T，研究人员在每种细胞中发现了超过五千个候选假尿苷位点。许多位点与早期化学方法检测到的位置重叠，增强了对整体分布的信心，但也有数千个位点是新报道的。这些标记分布在蛋白编码区和信使 RNA 的尾部，常出现在结构较为灵活或错配的区域，而非紧密配对的茎状结构。含假尿苷丰富的转录本在蛋白质合成、线粒体能量产生和 DNA 修复等功能上被富集，提示这些标记可能调节细胞代谢和应激反应。通过将正常细胞与缺失某已知假尿苷形成酶的细胞比较，他们进一步确认数百个位点依赖于该酶系。

此项工作对医学与技术的意义

对非专业读者而言，核心信息是：科学家现在拥有了一种更温和且更灵敏的方法来查看假尿苷在人体细胞庞大 RNA 集合中的分布。ELAP-seq 借用一种酶来标记这些难以捉摸的修饰，富集被标记的片段，然后精确读取它们的位置。这为研究假尿苷模式在疾病中的变化、它们如何影响细胞能量利用与蛋白质合成，以及如何在 RNA 基础疗法与疫苗中加以利用或调整，打开了新的可能性。

引用: Wang, Y., Pajdzik, K., Zhao, Y. et al. Enzyme-mediated alkynylation enables transcriptome-wide identification of pseudouridine modifications. Nat Commun 17, 4318 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70597-8

关键词: 假尿苷, RNA 修饰, ELAP-seq, 转录组绘图, mRNA 疫苗