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多聚核糖体测序(Polysome-Seq)技术
技术简介:
多聚核糖体测序(Polysome-Seq),又称多聚核糖体图谱分析(Polysome Profiling),是一种经典的翻译组学研究技术。在中心法则的研究中,转录组揭示细胞“想”做什么,而翻译组则告诉你细胞“正在”做什么——Polysome-Seq正是连接转录组与蛋白质组的重要桥梁。
Polysome-Seq的核心原理是利用核糖体沉降系数较大的物理特性,通过蔗糖密度梯度超速离心分离多聚核糖体。翻译过程中,一条mRNA上可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体复合物(Polysomes);mRNA上结合的核糖体数量越多,复合物的分子量越大,在蔗糖梯度离心时的沉降速率就越快。基于这一原理,可将细胞质中的RNA依次分离为:游离RNA(无核糖体结合)、结合40S和60S核糖体亚基、单核糖体(80S)以及结合不同数量核糖体的多聚核糖体等组分。通过分析特定RNA在不同组分的分布情况,即可精准判断其翻译活性,准确计算翻译效率(Translation Efficiency, TE)。Polysome-Seq在经典Polysome Profiling的基础上,提取各组分样本中的RNA并进行RNA-Seq测序,可深入分析特定mRNA的翻译状态和多聚核糖体分布特征,在全局水平揭示翻译调控的图谱。
Polysome Profiling流程图
与核糖体印迹测序(Ribo-Seq)相比,Polysome-Seq在分析非编码RNA(如lncRNA和circRNA)的翻译潜力方面具有独特优势。 Ribo-Seq依赖翻译抑制剂固定核糖体后,用核酸酶消化并提取被保护的约30 nt小片段。对于翻译效率较低、仅发生低频翻译或产生微小肽的lncRNA和circRNA,Ribo-Seq可能因消化过程中的信号丢失或片段化偏好而难以检出。Polysome-Seq则不涉及核酸酶消化和片段筛选,通过蔗糖梯度直接分离完整的核糖体-mRNA复合物,能够更灵敏、更完整地捕获与多聚核糖体结合的非编码RNA,尤其适用于验证低水平翻译事件。此外,Polysome-Seq的实验流程更为简单稳健,对植物、细菌、真菌等特殊物种的适应性更强,实验设计更容易成功。
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高分文章案例
案例1:Polysome-Seq 揭示 HuD 作为神经翻译增强子及 Y3 RNA 的拮抗作用
发表时间:2018/07/19
发表期刊:Molecular Cell
影响因子:16.6
通过蔗糖密度梯度离心分离不同核糖体结合数量的 mRNA 组分,结合高通量测序,精确评估了 HuD 表达改变时各 mRNA 的翻译效率(TE)变化。研究发现,HuD 结合的靶标 mRNA(共 1,304 个,主要结合于 3′ UTR)富集了 mTORC1 信号通路下游的核糖体蛋白和翻译因子。Polysome-Seq 数据表明,改变 HuD 的表达水平可显著影响这些 mRNA 的多聚核糖体分布,且这一调控作用不依赖于 mTORC1 激酶活性。令人意外的是,Polysome-Seq 结合 RNA 免疫沉淀(CLIP-Seq)发现,HuD 最主要的结合分子是小非编码 RNA Y3(占 HuD 互作信号的 70%)。Y3 作为分子海绵,竞争性抑制 HuD 与靶 mRNA 的结合,进而限制 HuD 向多聚核糖体的募集及其翻译增强活性。综上,Polysome-Seq 为揭示 HuD-Y3 轴在神经元翻译调控中的关键角色提供了直接证据,并发现了 mTORC1 之外的替代性翻译控制通路。
案例2:Polysome-Seq 联合Ribosome Profiling揭示核糖体碰撞作为应激信号触发细胞命运调控
原文:Ribosome collisions trigger general stress responses to regulate cell fate
发表时间:2021/07/23
发表期刊:Cell
影响因子:42.5
通过多聚核糖体测序(Polysome-Seq)结合选择性核糖体图谱分析(Selective Ribosome Profiling),系统解析了核糖体碰撞在细胞应激信号转导中的核心作用。研究发现,MAPKKK 家族蛋白 ZAK 普遍结合于多聚核糖体上的延伸核糖体。利用翻译延伸抑制剂(如茴香霉素)及生理应激条件(氨基酸饥饿、紫外线照射)诱导核糖体碰撞后,ZAK 被特异性招募至二聚核糖体(disome)这一最小碰撞单元,并在该位点发生自身磷酸化激活。激活的 ZAK 进而同时启动 SAPK(p38/JNK)和 GCN2 两条经典应激通路,将翻译延伸障碍转化为全局性的应激响应信号。该研究为理解翻译稳态扰动如何调控细胞命运提供了重要见解,并发现了核糖体碰撞从质量控制事件向信号转导功能拓展的全新生物学功能。
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云序优势
精准挖掘潜在翻译的非编码RNA:
可系统检测与多聚核糖体结合的 lncRNA、circRNA 等非编码RNA
优化的实验流程,稳定高效:
经多轮优化的实验方案,整体流程稳定性高、批次间重现性好,确保数据质量
广泛的样本和物种类型兼容:
除常规细胞系和常规物种外,已成功应用于动物组织、植物组织、细菌、真菌等多种样本
数据分析(仅供展示 详见demo报告)
一、分析内容
1.原始数据整理,低质量reads过滤,数据质控
2.Polysome-mRNA的识别与注释
3.差异Polysome-mRNA的识别与注释
4.差异Polysome-mRNA GO富集分析
5.差异Polysome-mRNA KEGG通路分析
6.GESA分析
7.聚类图、散点图、火山图
8. 差异TE基因分析(同时进行mRNA-Seq提供以下部分)
8.1 差异TE基因筛选
8.2 差异TE基因 GO功能富集分析
8.3 差异TE基因KEGG通路分析
8.4 差异TE基因散点图
8.5 差异基因的Venn图
8.6 差异翻译基因的四象限图
二、部分数据分析结果示例
1.Polysome-mRNA差异表达分析
2.差异表达Polysome-mRNA的聚类热图
3.差异表达Polysome-mRNA的GO和KEGG分析
4. 差异翻译效率(TE)基因分布情况
散点图可直观展示每个分组比较的差异TE基因分布情况。红色圆点表示上调超过设定Fold Change阈值的RNA,绿色圆点表示下调超过设定Fold Change阈值的RNA。紫色圆点表示RNA表达量在两组之间的差异倍数小于设定Fold Change阈值。
5.差异翻译基因的四象限图
四象限图以 mRNA 表达水平的变化(log2 FC)为横轴,以翻译效率(TE)的变化(log2 FC)或翻译水平(如多聚核糖体结合RNA丰度)的变化为纵轴,对每个基因在两个分组间的差异进行联合展示。通过四象限图,可直观区分转录调控与翻译调控的主导作用,快速筛选出受翻译水平特异性调控的关键基因。
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样本要求:
样品类型:
动物组织、植物组织、细胞、菌类以及分离的RPF(核糖体复合物)。
样品量:
a)细胞:≥4×10^7
b)动物组织:建议3 g(最低400 mg)
c)植物组织:建议3 g(最低400 mg)
d)细菌:≥4×10^7
e)RPF:≥200 ng/ µL,10 µL以上
样品运输及保存
样品运输:样品置于1.5 mL管或冻存管中,封口膜封好,干冰运输。
样品保存:细胞样品或新鲜组织块液氮速冻后置于-80℃保存。
技术服务
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云序生物是国家高新技术企业及ISO9001认证单位,以RNA修饰组、表观遗传组与时空组学为特色,依托高通量测序平台,以“技术创新+全链条服务”为核心,通过专利技术应用(如GLORI)、临床微量样本技术优化及单细胞-空间多组学整合能力,持续推动表观遗传与转录组学发展。
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