神经退行性疾病与应激响应解决方案 | 数谱生物 tRNA 研究平台

方案概览

这个方案面向神经与应激相关研究，同时刻画 tRNA 修饰、tRNA 表达与tRF/tiRNA 应激信号：用 m³C HAC-Seq、m⁷G TRAC-Seq 定位修饰位点，用 tRNA 氨酰化测序一次拿到表达、修饰与氨酰化三层信息，再用 tRF&tiRNA 测序观察应激片段。

线粒体中 METTL8 依赖的 tRNA-Thr/Ser(UCN) m³C 修饰，对蛋白质合成、呼吸链活性与神经干细胞维持都必不可少 [1]；DALRD3 依赖的 tRNA-Arg 修饰对神经功能至关重要 [2]；中枢神经系统特异性 tRNA 的突变会引发核糖体停滞并导致神经变性 [3]。

tRF 与 tiRNA 由 tRNA 经精确的生物发生过程产生，承担多种生物学功能，并在应激条件下参与应激颗粒组装；神经元中 Nsun2 缺失会引起 tRNA 表观转录组改变与蛋白质组变化，进而影响突触信号与行为 [4]。方案把单碱基修饰测序、tRNA 表达谱与 tRF&tiRNA 测序组合起来研究这些机制。

服务一览

服务	在这个方案中的作用
m³C tRNA 单碱基测序（HAC-Seq）	m³C 位点定位到单碱基分辨率
m⁷G tRNA 单碱基测序（TRAC-Seq）	m⁷G 位点定位到单碱基分辨率
tRNA 氨酰化测序（mim-tRNA-Seq）	一次检测 tRNA 表达、修饰与氨酰化
tRNA 测序	全谱 tRNA 表达检测
tRF&tiRNA 测序	tRF/tiRNA 表达与应激信号

上表中的检测均由数谱生物提供，可以单独使用，也可以按课题所处阶段组合。

方案优势

为什么用这套方案做神经与应激研究

神经相关修饰图谱：m³C 与 m⁷G 定位到单碱基分辨率，覆盖线粒体 tRNA
化学特异性：依靠化学反应而非抗体亲和，无抗体背景，并可给出修饰比例
tRNA 多组学：tRNA 氨酰化测序一次给出表达、修饰与氨酰化三个层面
应激信号：tRF&tiRNA 测序捕获与应激颗粒相关的 tRF 群体
聚焦型生信：差异分析、IGV 比对、motif 分析与可直接使用的图表
组合灵活：多个测序服务可组合成一套神经 tRNA 研究方案

背景介绍

反密码子环第 32 位的 m³C 是保守的 tRNA 修饰，存在于真核生物 tRNA-Ser、tRNA-Thr 与 tRNA-Arg 中。线粒体中 METTL8 依赖的 tRNA-Thr/Ser(UCN) m³C 修饰，对蛋白质合成、呼吸链活性与神经干细胞维持必不可少 [1]；DALRD3 依赖的 tRNA-Arg 修饰对神经功能至关重要 [2]。

m⁷G 主要位于部分 tRNA 可变环的第 46 位，由 METTL1/WDR4 复合物添加，在胚胎发育中对干细胞自我更新与谱系分化必不可少 [3]。

tRF 与 tiRNA 承担多种生物学功能，并在应激条件下参与应激颗粒组装；神经元中 Nsun2 缺失会引起 tRNA 表观转录组改变与蛋白质组变化，影响突触信号与行为 [4]；中枢神经系统特异性 tRNA 突变引起的核糖体停滞会导致神经变性 [5]。

实验与数据分析流程

从神经或应激模型到 tRNA 层面的机制线索

样本与 RNA 质检保留小 RNA 的提取与严格 QC

修饰位点定位m³C HAC-Seq 与 m⁷G TRAC-Seq

表达与氨酰化tRNA 测序与 tRNA 氨酰化测序

应激信号tRF&tiRNA 测序观察片段变化

整合解读把修饰、表达与片段对应到表型

生物信息与交付

每个服务都包含详细的生物信息分析，便于把 tRNA 层面的变化与生物学、疾病和标志物应用联系起来。

m³C 与/或 m⁷G 位点及其修饰水平（单碱基分辨率）
IGV 比对展示与序列 motif 分析
tRNA 差异表达、差异修饰与氨酰化分析（tRNA 氨酰化测序）
tRF&tiRNA 差异表达结果（含详细注释）
火山图与可直接使用的图表

研究应用

神经退行与应激方向的研究应用

皮层神经发生：METTL8 依赖的线粒体 tRNA m³C 修饰调控皮层神经发生（Cell Stem Cell, 2023）
癫痫性脑病：在癫痫性脑病中突变的 DALRD3 负责 tRNA-Arg 的 m³C 修饰（Nat Commun, 2020）
突触信号与行为：神经元 Nsun2 缺失引起 tRNA 表观转录组改变，影响突触信号与行为（Nat Commun, 2021）
神经变性：中枢神经系统特异性 tRNA 突变引起的核糖体停滞导致神经变性（Science, 2014）
额颞叶痴呆：活细胞中的高保真与差异性无义抑制，以及人类 tRNA 与额颞叶痴呆等位基因（Nucleic Acids Res, 2025）
应激响应：tRF 在应激条件下参与应激颗粒的组装，是应激反应的组成部分

方案选择对照

对比维度	m³C HAC-Seq	m⁷G TRAC-Seq	tRNA 氨酰化测序	tRF&tiRNA 测序
主要输出	m³C 位点与水平	m⁷G 位点与水平	表达、修饰与氨酰化	tRF/tiRNA 表达
更适合	线粒体与神经相关 m³C	干细胞与 m⁷G 研究	tRNA 多组学整合	应激颗粒与片段
分辨率	单碱基	单碱基	单碱基（预测）	片段层面

常见问题

哪些 tRNA 修饰与神经退行性疾病相关？

目前研究较充分的是 m³C 与 m⁷G：METTL8 依赖的线粒体 tRNA m³C 是神经干细胞维持所必需的，DALRD3 依赖的 tRNA-Arg 修饰对神经功能至关重要，METTL1/WDR4 介导的 m⁷G 则是发育过程中干细胞自我更新与分化所必需。

方案如何研究应激响应？

tRF 与 tiRNA 在应激条件下参与应激颗粒组装，tRF&tiRNA 测序用于刻画这些 tRNA 衍生小 RNA；修饰定位（HAC-Seq、TRAC-Seq）则反映应激下表观转录组层面的变化，两者合起来把 tRNA 生物学与细胞应激、神经变性机制联系起来。

为什么用化学方法而不是抗体？

m³C HAC-Seq 与 m⁷G TRAC-Seq 依靠高特异性的化学反应而非抗体亲和，没有非特异结合带来的背景，并且可以给出修饰比例的定量结果，在 tRNA 转录组范围内提供单碱基精度的位点定位。

生物信息分析包含哪些内容？

修饰测序项目交付单碱基分辨率的位点与水平、IGV 比对展示与 motif 分析；tRNA 氨酰化测序交付差异表达、差异修饰与氨酰化分析；tRF&tiRNA 测序交付带详细注释的差异表达与亚型分析，均附可直接使用的图表。

能否与其它服务组合？

可以。tRNA 测序、LC-MS tRNA 修饰检测与 tRNA PCR 芯片都可以叠加，把修饰、表达与片段数据整合起来，用于神经与应激方向的研究。

参考文献

[1] Zhang F, et al. Epitranscriptomic regulation of cortical neurogenesis via Mettl8-dependent mitochondrial tRNA m(3)C modification. Cell Stem Cell, 2023. PMID: 36764294
[2] Lentini JM, et al. DALRD3 encodes a protein mutated in epileptic encephalopathy that targets arginine tRNAs for 3-methylcytosine modification. Nature Communications, 2020. PMID: 32427860
[3] Lin S, et al. Mettl1/Wdr4-Mediated m(7)G tRNA Methylome Is Required for Normal mRNA Translation and Embryonic Stem Cell Self-Renewal and Differentiation. Molecular Cell, 2018. PMID: 29983320
[4] Blaze J, et al. Neuronal Nsun2 deficiency produces tRNA epitranscriptomic alterations and proteomic shifts impacting synaptic signaling and behavior. Nature Communications, 2021. PMID: 34389722
[5] Ishimura R, et al. RNA function. Ribosome stalling induced by mutation of a CNS-specific tRNA causes neurodegeneration. Science, 2014. PMID: 25061210