超重磅| 云序生物获得北京大学伊成器&王晶团队m6A 单碱基测序金标准GlORI授权!
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导读
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为什么选GLORI?
1、高特异性:乙二醛和亚硝酸盐催化A-I高效转化,实现m6A修饰位点特异性识别
亚硫酸氢盐测序一直被认为是定量分析 DNA 中5-甲基胞嘧啶(5mC)的黄金标准。这种方法的关键在于常规胞嘧啶的完全脱氨基和 5mC 在亚硫酸氢盐条件下的抗性。半个多世纪前发表的两项研究记录了亚硝酸导致腺苷脱氨的能力(图1a),不过也会导致鸟苷(G)和胞苷(C)脱氨转化,亚硝酸诱导G脱氨的速度比A脱氨快得多,因此不适合 m6A 检测。

2、高检测率,高灵敏度:无偏倚单碱基定位m6A修饰,低丰度修饰m6A位点亦能精准检测

图2. GLORI全转录组m6A鉴定(a-f)
3、高精准:无修饰文库对照,多种测序方法比较,验证GLORI在单碱基分辨率下的m6A准确定量
为了证实 GLORI 检测 m6A 的准确性,研究认为将该方法应用于检测 HEK293T 细胞的 mRNA,这些细胞 m6A 最初是通过体外去甲基化酶 FTO处理去除,LC-MS/MS 显示,FTO能够去除约 80% 的 m6A。GLORI测序结果发现,经 FTO 处理后,约 99%m6A 位点的修饰水平下降,其中约 80%m6A 位点的修饰水平下降了 50%以上(图 2g)。为了进一步评估 GLORI 检测m6A位点的特异性,研究人员使用了无修饰体外转录 RNA 文库(IVT RNA),只发现了 1856 个潜在位点(相比之下,使用细胞 RNA 发现了约 18 万个修饰位点),这些位点呈现出非m6A样分布模式,对细胞 mRNA 和 IVT RNA 检测到的位点进行比较后发现,两者的重叠几乎可以忽略不计(156 个共同位点,仅占 m6A 位点总数的 0.09%)。因此,这一新数据有力地证明了 GLORI 的准确性。
此外,研究人员还将 GLORI 的结果与 SCARLET 的定量 m6A 数据进行了比较,后者被认为是定量包括 m6A在内的位点特异性修饰的黄金标准。通过检查了 SCRALET 原始论文中的 23个HeLa mRNA 和非编码RNA m6A 位点,再次观察到两种方法之间的高度一致性(图2h),这些结果表明,GLORI 能够绝对量化人类转录组中的单碱基m6A 位点。文章还将 GLORI 与现有的几种 m6A 测序方法进行了正面比较,与m6A meRIP-seq相比,在 GLORI 检测到的 m6A 位点中,45.5% 位于 m6A 峰内,70% 的m6A 峰包含一个或多个 m6A 修饰位点,在每个 m6A 峰中平均发现了约 5.6 个 m6A 位点(图 2i)。此外,在一个 m6A 峰中,多个 m6A 位点的修饰比例也可能不同。例如,在通过经典 m6A-seq对 MRPS26 转录本检测到的一个m6A 峰中,发现了3个 m6A 位点,其修饰水平分别为 ~35%、38% 和 68%(图 2j)。接下来,将 GLORI 发现的m6A 位点与来自 miCLIP 和 MAZTER-seq 的公开数据进行了比较,miCLIP 和 MAZTER-seq 是两种在单碱基分辨率上检测 m6A的无抗体方法。在 miCLIP 鉴定出的位点中,大约 58%(5,528 个)被 GLORI 鉴定出。由于 MAZTER-seq 依赖于 MazF 内切酶,只能鉴定符合 m6ACA 主题的 m6A 位点,接下来将 GLORI 鉴定的 21.4% 符合 ACA 的 m6A 位点与 MAZTER-seq 结果进行了比较,发现,MAZTER-seq 数据中约 46.2%(2,435 个)的高置信度 m6A 位点与 GLORI 重叠。研究人员还比较了三种方法鉴定 m6A 的有效测序读数,GLORI 的归一化有效读数是 MAZTER-seq 的三倍,是 miCLIP 的九倍。此外,miCLIP 和 MAZTER-seq 更喜欢高表达基因内的高化学计量 m6A 位点。最后,通过 GLORI 和 m6A-SAC-seq 对定量 m6A 甲基组进行了比较。大约 64.8% 的 m6A-SAC-seq m6A 位点与 GLORI 重叠,虽然 m6A-SAC-seq 测定的 m6A 水平似乎低于 GLORI(可能是由于 m6A-SAC-seq 基于尖峰 RNA 的归一化过程),但总的来说,这两种方法的 m6A 化学计量呈正相关。这些结果均证实,GLORI 可以在单碱基分辨率下实现 m6A 转录组的绝对化学计量。

图3. GLORI全转录组m6A鉴定(g-i)
GLORI应用
1、GLORI绘制m6A单碱基定量修饰图谱
为了探究不同的序列背景与m6A位点的甲基化水平之间是否存在关系,研究人员分析了不同背景下的m6A化学计量,发现典型RRACH基序中的m6A位点表现出更高的甲基化水平(图3e )。这一观察与生物化学测定的甲基转移酶复合物的酶学偏好性相一致。此外,功能性非DRAC基序位点,如MAT2A中已知的6个被METTL16甲基化的m6A位点,也被明确检测到。接下来分析了以 RNA 转录本为中心的 m6A 模式。在 HEK293T 细胞中,m6A存在于转录组约 87% 的基因中。在 m6A 修饰的基因中,86%的基因含有多个 m6A 位点;平均每个基因含有约10个m6A 位点(图 3f),还发现约 2,000 个基因(占所有m6A 修饰基因的 17%)具有超过 20 个m6A位点(图 3f),其中三个基因(SPEN、BSN 和 ALMS1)的成熟 mRNA 转录本含有超过 100 个 m6A 修饰位点。
m6A 如何影响mRNA的稳定性和翻译效率,这是 m6A 的两个已知调控影响。发现含有m6A的基因的表达水平低于不含m6A的基因。然而,这种趋势不能简单地用基因中m6A位点的数量来解释。因此,分析了每个基因的整体甲基化水平,并观察到mRNA稳定性与甲基化水平呈负相关。根据甲基化水平将 m6A 修饰基因分为十组,每组的转录本数量相等。甲基化程度最低的基因的表达水平明显高于其他类别的基因(图3g)。然而,甲基化程度较高类别的基因表达水平差异不大,表明 m6A在mRNA 稳定性中的多面性调控(图3g)。为了证实 m6A 在稳定性调控中的作用,通过敲除 m6A writer(METTL3、METTL14 和 WTAP)和reader(YTHDF2),发现敲除任意一个m6A writer,m6A 水平都明显下降,这与定量 LC-MS/MS 测定的 m6A 水平强相关。还发现在敲除任何一种writer后,甲基化程度降低较多的转录本的 RNA 稳定性更高。此外,研究人员还使用 METTL3 抑制剂(STM2457)处理 HEK293T 和 HeLa 细胞。经 METTL3 抑制剂处理后,整体甲基化水平急剧下降。与 METTL3、METTL14 和 WTAP 敲除细胞的上述发现类似,特定转录本的甲基化水平降低得越多,其表达的上调程度就越高。YTHDF2敲除后,m6A位点的修饰水平显著增加,转录本的RNA稳定性也显著增加,这与YTHDF2在RNA降解中的作用一致。
接下来研究了 m6A 的对 mRNA 翻译效率的影响。与不含 m6A 的 mRNA 相比,含 m6A 的 mRNA 翻译效率较低,而更高的修饰水平会进一步降低翻译效率(图 3h)。此外还发现,在 METTL3 敲除样本中,含有 m6A的基因的翻译效率高于不含 m6A 的基因。而且,m6A减少程度越高的基因,翻译效率也明显更高。因此,通过GLORI可以对m6A在基因表达和翻译调控方面进行定量评估。

2、转录组中的m6A修饰簇
接下来探索了m6A簇是否具有功能意义。发现m6A位点成簇修饰的基因在HEK293T细胞中的表达和翻译水平显著低于非成簇修饰的基因(图4g , h)。在HeLa细胞中也观察到类似的情况。为了进一步证明m6A簇对RNA的这种显著负面影响,比较了METTL3敲低后mRNA的表达和翻译效率,发现与无m6A修饰位点的基因相比,m6A修饰成簇的基因在敲低的HeLa细胞中的表达和(附的翻译水平显著升高。这种观察与m6A对基因稳定性和翻译的负面影响的一般观点是一致的;m6A团簇中较高的修饰密度似乎强化了这一功能。

图5. m6A形成修饰簇
3、胁迫诱导动态m6A


图6.胁迫诱导动态m6A
GLORI送样要求


研发专家介绍
研发专家:伊成器

伊成器,北京大学生命科学学院教授,北京大学合成与功能生物分子中心研究员、北大清华生命联合中心研究员、北京大学化学与分子工程学院(双聘)研究员,博士生导师。
主要研究方向为RNA修饰和表观转录组学、DNA修饰和表观基因组学以及基因编辑新工具的开发。主持国家自然科学基金杰出青年科学基金项目、科技部国家重点研发计划划等研究项目,发表Nature、Nature Biotechnology等通讯作者论文60余篇。伊成器实验室团队发展的一系列表观转录组学的前沿测序技术,拓展了中国科学家主导表观转录组学新方向;课题组发展的RNA修饰检测技术被Nature Methods杂志评为“2016年度方法”,并入选国家“十三五”科技创新成就展。
代表性论文:
1. Song J, Dong L, Sun H, Luo N, Huang Q, Li K, Shen X, Jiang Z, Lv Z, Peng L, Zhang M, Wang K, Liu K, Hong J, Yi C. CRISPR-free, programmable RNA pseudouridylation to suppress premature termination codons. Mol Cell. 2023, 83, 139-155.
2. Liu C, Sun H, Yi Y, Shen W, Li K, Xiao Y, Li F, Li Y, Hou Y, Lu B, Liu W, Meng H, Peng J, Yi C *, Wang J.* Absolute quantification of single-base m6A methylation in the mammalian transcriptome using GLORI. Nat Biotechnol. 2023,41,355-366.
3. Zhang M, Jiang Z, Ma Y, Liu W, Zhuang Y, Lu B, Li K, Peng J, Yi C*. Quantitative profiling of pseudouridylation landscape in the human transcriptome. Nat Chem Biol. 2023 Mar 30. doi: 10.1038/s41589-023-01304-7.
4. Lei Z, Meng H, Liu L, Zhao H, Rao X, Yan Y, Wu H, Liu M, He A,Yi, C*. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations. Nature. 2022,606, 804–811
5. Chen L, Zhu B, Ru G, Meng H, Yan Y, Hong M, Zhang D., Luan C, Zhang S., Wu H., Gao H, Bai S, Li C, Ding R, Xue N, Lei Z, Chen Y, Guan Y, Siwko S, Cheng Y, Song G, Wang L, Yi C*, Liu M*, Li D* Re-engineering the adenine deaminase TadA-8e for efficient and specific CRISPR-based cytosine base editing. Nat Biotechnol. 2022, Nov 10. doi: 10.1038/s41587-022-01532-7
6. Zhuang Y, Liu J, Wu H, Zhu Q, Yan Y, Meng H, Chen PR, Yi C*. Increasing the efficiency and precision of prime editing with guide RNA pairs. Nat Chem Biol. 2022; 18:29-37.
7. Lei Z, Meng H, Lv Z, Liu M, Zhao H, Wu H, Zhang X, Liu L, Zhuang Y, Yin K, Yan Y, Yi C.* Detect-seq reveals out-of-protospacer editing and target-strand editing by cytosine base editors. Nat Methods. 2021; 18:643-651.
8. Cui Q, Yin K, Zhang X, Ye P, Chen X, Chao J, Meng H, Wei J, Roeth D, Li L, Qin Y, Sun G, Zhang M, Klein J, Huynhle M, Wang C, Zhang L, Badie B, Kalkum M, He C, Yi C* and Shi Y*. Targeting PUS7 suppresses tRNA pseudouridylation and glioblastoma tumorigenesis. Nat Cancer.2021; 2:932–949.
9. Liu J, Li K, Cai J, Zhang M, Zhang X, Xiong X, Meng H, Xu X, Huang Z, Peng J. Fan J*, YI C*. Landscape and Regulation of m6A and m6Am Methylome across Human and Mouse Tissues. Mol Cell. 2020; 77:426-440.
10. Song J, Zhuang Y, Zhu C, Meng H, Lu B, Xie B, Peng J, Li M*, Yi C*. Differential roles of human PUS10 in miRNA processing and tRNA pseudouridylation. Nat Chem Biol. 2020; 16: 160-169.

王晶,北京大学药学院研究员、博士生导师、天然药物及仿生药物国家重点实验室PI。
主要研究目标为利用化学生物学技术研究小分子对生物大分子的调控机制和开发相应的分子靶向探针和测序技术,并将其应用于临床诊断和药物研发。王晶研究员以第一作者和通讯作者(含共同)身份在Nature Biotechnology、Nature Chemistry、Angew. Chem. Int. Ed等期刊发表高水平SCI研究论文多篇,并被授权中国专利和美国专利各1项。2016年入选中组部海外高层次青年人才项目。
代表性论文:
·云序生物全产品目录·
| RNA修饰组 | |
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| 表观基因组 | |
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转录调控组和翻译组 |
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| 分子互作组 | |
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| 转录组 | |
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dsRIP-Seq |
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| 单细胞测序与空间转录组学 | |
| 单细胞转录组测序 | |
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蛋白组 |
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| 定量PCR服务 | |
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