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美呼吁启动大型RNA研究计划 |
将历时15年,堪比人类基因组计划 |
本报讯 2021年以来,随着一种新型疫苗保护数百万人免受新冠病毒感染,信使RNA(mRNA)开始被更多人熟知。这种分子将DNA编码从细胞核中转移出来,以指导蛋白质的产生。而这只是深刻影响细胞功能的几种RNA之一。
近日,美国国家科学院、工程院和医学院(NASEM)发布了一份报告,呼吁启动一项为期15年的计划,对细胞产生的数千种RNA序列及其可能出错的方式进行研究和分类。这项雄心勃勃的计划被称为“RNome”项目,可能会促进新的疾病疗法、疫苗研发和农业创新。
“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,还在细胞中扮演了多种角色。转移RNA将特定的氨基酸传递给核糖体,核糖体则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,还反映了它们从细胞核输出之前是如何修饰的。
德国法兰克福大学分析化学家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。
美国密歇根大学生物学家Vivian Cheung说,大多数疾病都是因RNA失调造成的,包括普拉德-威利综合征、某些肌肉萎缩症以及癌症。宿主细胞的RNA也会被人类免疫缺陷病毒和其他病毒盯上。这使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把事情搞砸的,但不知道它是如何运作的。”美国麻省理工学院生物工程师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序列和修饰的目录。
报告指出,“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的RNA研究中心负责人何川(音)补充说,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提出的不仅是测序工作,还是一个专注于“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”以完成这些目标。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RNA的所有修饰。到15年时,它应该绘制出蠕虫等模式生物在不同条件下的基因修饰图,并将它们在人类疾病中加以分类。
报告称,美国国立卫生研究院(NIH)应与国际伙伴合作,建立一个RNA中央数据库,并制定描述它们的规则。
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重新转换为DNA进行测序,这种转换可以去除所有的修饰。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个碱基长的序列中出现的位置。
英国测序公司Oxford Nanopore Technologies已经开发了直接测序RNA的生化试剂盒和软件,并正在研究捕获修饰的方法。该公司高级计算生物学家Adrien Leger说,到今年年底,他们开发的测序仪将能够可靠地检测到每个碱基的3种最常见修饰。
根据报告的描述,Dedon估计,RNome项目大约需要300亿美元支持,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。(李木子)
《中国科学报》 (2024-03-26 第2版 国际)