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m5C、R-loop 与 DNA 损伤应答

转录本上的 m5C,与转录过程中形成的结构(R-loop、G-四链体)以及细胞处理损伤的方式之间是什么关系 —— 这一类研究的难点在方向。

01研究问题

这一类研究问的是:转录本上的 m5C 与转录时形成的结构(R-loop、G-四链体)以及损伤应答之间是什么关系。修饰与结构是两种不同的测量,论证的方向要事先定下来。

可能的先后有两种。修饰改变转录本的行为,也包括它重新与模板 DNA 配对的倾向;反过来,结构本身也会限制修饰酶能到达哪些位置。两种解释预测的是同一片重叠区域,所以只看到共定位还下不了结论。

要把方向分开,通常要在同一批材料上做扰动:动修饰酶、或者动结构本身,再看另一侧是否跟着变。

02要看哪些指标

  • 转录本稳定性:看位点上的 m5C 比例是否随转录本的寿命变化。
  • 结构信号:看位点是否落在容易形成 R-loop 的区域,以及两者在条件之间是否同向变化。
  • G-四链体:看被修饰的区域是否与能形成 G-四链体的区域重合。
  • 损伤应答:在诱导损伤或扰动修复因子的体系里,比较修饰模式是否不同。
  • 酶与因子:看修饰酶是否出现在与结构信号或损伤信号相同的位置。
m5C 由 NSUN2 等甲基转移酶写入,并由读码蛋白识别,这条通路把修饰与转录本的去向连在一起。Yang X et al., Cell Research 2017 · DOI 10.1038/cr.2017.55

03走哪条路线

修饰侧的两条路线分工明确:结论要落在序列内的某个位置,就要位点级;只是先把会变的转录本挑出来,区段级更快。

路线方法读什么
位点级m5C BS-seq位点位置与该位点的修饰水平
区段级m5C MeRIP-Seq跨条件比较时哪些转录本带富集信号
全清单单碱基 RNA 修饰测序其他可以逐位读出的修饰
参考修饰类型总览m5C 与其他修饰的关系

04可联合研究的平台

结构类与损伤类数据各有自己的流程与对照,它们是研究设计的一部分,不是修饰检测的附加项;下面这些平台由研究方自有平台或合作平台提供。

  • 转录本丰度:可联合 RNA-seq 或表达芯片,把修饰变化与转录本数量的变化分开,避免把丰度变化读成修饰变化。
  • 结构与损伤信号:可联合 R-loop 测序(DRIPc-seq)与G4 结构图谱(G4 CUT&Tag),以及自有平台的损伤与复制压力数据 —— 先确认体系里确实有修复表型,再谈修饰与它的关系。
  • RNA-蛋白互作:可联合 eCLIP-seq 与 HyPro-MS,找出落在被修饰转录本上的蛋白,用于跟修复因子或 reader 蛋白相关的问题。

05项目怎么设

先定方向:论证是从修饰走向结构,还是从结构走向修饰。这一步决定了后面要扰动哪一个变量。

再让 m5C 落到位置。位点要能与一段确定的区域对齐,否则无法说这个位点落在容易形成结构的地方。

最后让两侧共享材料。修饰数据来自一批样本、结构数据来自另一批样本时,两者的重叠更可能来自采集方式上的差别;同一份材料分装能避免这一点。

06常见问题

m5C 位点落在 R-loop 区域,是不是说明是这个修饰造成了 R-loop?

不能这样推。共定位是一个起点,而「修饰塑造结构」与「结构限制修饰酶的可达位置」这两种机制预测的是同一片重叠区域。要分开它们,需要扰动修饰酶或扰动结构,再比较扰动前后的位点分布。

修饰读数与结构读数能共用材料吗?

可以共享样本与比较关系,让两侧描述同一个状态,但两者的文库与化学反应不同,结构类流程也带着自己的对照,所以共享是在样本与设计层面,而不是在同一个反应里。

这一类研究必须做位点级吗?

要看主张落在哪一层。区段级可以指出候选转录本,但给不出序列内的位置;而 R-loop 或 G-四链体的论证问的正是位点落在转录本的哪一段,没有位置,就没办法与结构对齐。

最容易出错的设计是什么?

修饰数据与结构数据来自两批样本。这样两侧描述的是两个状态,它们之间的重叠更可能来自样本怎么采集,而不是生物学。把两侧读数放在同一份材料上就能避开这个问题。

只想先看损伤条件下的修饰变化,从哪一步开始?

可以先做区段级筛查,把条件之间发生变化、值得继续追的转录本挑出来;等到要回答位点与结构的关系,再把候选送到位点级路线,保持同一套分组与对照。

不确定该从哪条路线入手?

把样本类型、物种与研究问题发给我们,我们按你的问题给出可执行的检测组合建议。