核糖体是所有生物体中蛋白质合成的关键复合物，由核糖体蛋白 (RPs) 和核糖体RNA (rRNA) 组成。传统观点认为核糖体是具有相同组成的均质大分子结构，但近年来研究发现核糖体在组成上存在异质性，这种异质性可能源于RPs偶联、rRNA变体或rRNA修饰的差异等因素【1-3】。个体化核糖体的复杂景观可能构成异质性的另一个层次，但其具体机制尚不清楚。rRNA在核糖体中发挥核心作用，参与mRNA的解码和氨基酸的聚合。哺乳动物rRNA分子经过广泛的修饰后可以改变rRNA的理化性质，进而影响核糖体的功能【4-5】。既往研究表明，某些rRNA修饰类型可以动态调节，但哺乳动物rRNA修饰景观的动态变化机制尚不清楚。虽然rRNA修饰景观在哺乳动物核糖体中已被研究，但仅有少数研究探索了不同组织和发育阶段的rRNA修饰景观，且大多数研究和rRNA数据库在注释时未考虑组织或细胞类型的来源。此外，不同类型的rRNA修饰之间可能存在相互关联，但所有rRNA修饰模式的详细图谱仍缺乏。近日，来自西班牙巴塞罗那科学和技术研究所基因组研究中心 (CRG）的Eva Maria Novoa研究团队在Molecular Cell杂志上发表题为Epitranscriptomic rRNA fingerprinting reveals tissue-of-origin and tumor-specific signatures的研究论文，该研究揭示了rRNA修饰模式具有组织、细胞类型、发育阶段和疾病状态特异性，可作为组织来源鉴定和肿瘤-正常样本分类的有效生物标志物。首先，研究人员利用直接RNA纳米孔测序（DRS）技术对小鼠大脑、心脏、肝脏和睾丸等四种不同组织的rRNA修饰进行了分析，并跨越了胚胎、新生和成年三个不同的发育时间点。通过分析DRS数据集中的“碱基调用错误”模式，研究人员识别出31个在不同组织和/或发育阶段差异修饰的rRNA位点，其中14个位点之前未被注释为rRNA修饰位点。这些差异修饰的rRNA位点可以被分为五个不同的类别：胚胎富集型、胚胎减少型、成年富集型、成年大脑富集型和其它类型。研究人员使用纳米孔CMC测序（NanoCMC-seq）技术对部分样本进行了验证，并成功确认了五个未注释的rRNA修饰位点为伪尿苷残基。纳米孔CMC测序结果表明，这些未注释的rRNA修饰位点在不同组织中的相对富集程度与DRS结果一致。为了检测观察到的rRNA修饰水平在不同组织和发育阶段的差异是否是snoRNA水平差异的直接结果。研究人员分析了公开可访问的数据集，这些数据集量化了小鼠多种组织中的小非编码RNA，发现snoRNA表达水平与rRNA修饰水平之间没有直接相关性。虽然大多数差异修饰的rRNA位点没有已知的snoRNA，但部分已知snoRNA的表达水平与rRNA修饰水平也没有相关性。为了验证rRNA修饰信息在组织识别方面的潜力。研究人员使用主成分分析（PCA）和随机森林（RF）模型，发现rRNA修饰模式可以准确地将不同组织和发育阶段的样本进行分类。即使样本测序深度较低（如 100 个碱基），RF模型仍然可以准确预测样本的组织来源、细胞类型和发育阶段。为了评估 rRNA 修饰状态是否可以用于评估细胞或组织样本的增殖潜力，研究人员对来自所有组织和发育阶段的发现差异修饰（DM）rRNA 位点进行了PCA分析。结果显示，第一个主成分（PC1）准确地根据发育阶段将样本分为三组。对 PC1 贡献度的分析发现，18S:Um355 是导致样本沿 PC1 轴分离的主要贡献者之一。进一步，研究人员发现18S:Um355 位点的甲基化水平与细胞增殖潜能呈负相关，即甲基化水平越高，细胞增殖潜能越低。研究人员构建了Snord90基因敲除的mESC细胞系，发现18S:Um355位点在 Snord90敲除细胞系中缺失，进一步证实了Snord90在指导18S:Um355甲基化中的作用。最后，研究人员对匹配的人类正常和肿瘤组织样本进行了DRS测序，发现正常和肿瘤组织样本具有不同的rRNA修饰模式，尤其是在肺癌和睾丸癌中。与正常组织相比，肿瘤组织样本中的rRNA修饰水平普遍降低，但18S:J296位点的修饰水平在肿瘤组织中反而升高。此外，研究人员对 20 个匹配的正常/肿瘤肺组织样本进行了DRS测序，并使用RF模型进行了分类。结果表明，RF模型可以准确地将正常和肿瘤样本进行分类，并且只需要250 个rRNA碱基即可达到高精度。图1 DRS揭示了哺乳动物rRNA修饰在组织、发育阶段和疾病状态中的动态变化总之，该研究通过直接RNA纳米孔测序揭示了哺乳动物rRNA修饰在组织、发育阶段和疾病状态中的动态变化。这项研究首次证明了 rRNA 修饰在生物体内存在的异质性，并展示了纳米孔直接RNA测序技术在识别未注释 rRNA 修饰位点方面的潜力。此外，该研究还发现的18S:Um355位点的甲基化可为未来利用 rRNA 修饰作为疾病诊断和预后评估的生物标志物提供了理论基础。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276524009195制版人：十一
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