Nature Methods发布新方法，可分析活跃状态的tRNA

在翻译过程中，转运RNA（tRNA）与信使RNA（mRNA）编码的序列协调一致，将特定的氨基酸运送至核糖体。尽管tRNA在蛋白质合成中起着核心作用，但对其调控翻译的具体作用仍知之甚少。

每个细胞中含有数百万条tRNA，但只有一部分正在核糖体中忙碌地工作。此前，科学家们一直对细胞内的所有tRNA进行分析，但缺乏方法来表征活跃翻译核糖体上的tRNA丰度及其修饰。

西班牙基因组调控中心（CRG）的研究人员近日开发出一种名为tRIBO-seq的方法，能够从处于活跃翻译状态的核糖体中选择性捕获tRNA群体（ribo-tRNA），并通过单次实验提供tRNA的丰度、修饰及片段化信息。

这项研究成果于11月2日发表在《Nature Methods》杂志上。研究表明，正在发挥作用的tRNA可能与细胞的总体储备存在差异，特别是在细胞处于应激状态时，而这种差异是标准技术无法检测的。

共同第一作者、基因组调控中心的Mie Monti博士表示：“长期以来人们普遍认为，对细胞内所有tRNA进行测序就能准确反映参与蛋白质合成的tRNA情况。我们的研究表明，情况未必如此，特别是在细胞处于应激状态时。”

tRIBO-seq方法的工作原理是筛选细胞内正忙于合成蛋白质的核糖体。随后逐一读取其中的tRNA，从而显示哪些tRNA正在被使用、它们携带哪些化学标记以及是否有tRNA受损，所有这些信息均可在单次实验中获得。

传统方法通常需要约一周的细胞培养时间，且需要专业设备。而这种新方法仅需单个培养皿的细胞，耗时约一天半。

研究人员发现，tRNA组的变化因应激类型而存在显著差异：病毒感染和亮氨酸剥夺会导致ribo-tRNA丰度发生变化，而甲硫氨酸饥饿则会导致tRNA甲基化修饰急剧减少。

相比之下，他们发现亚砷酸盐暴露既不会改变tRNA丰度，也不会改变修饰模式，而是会在特定子集的ribo-tRNA中引发重大的片段化事件。

人类细胞中还携带tRNA的多个变体。以病毒感染为例，Monti博士指出，这种新方法能够准确揭示病毒依赖的是哪一种tRNA分子。从理论上讲，这有望为阻断病毒感染开辟新途径。

这项研究最重要的意义在于，它有可能加速遗传病尤其是罕见病的药物研发。

在已知会引起遗传病的基因错误中，约有十分之一是出现了“拼写错误”，导致细胞过早停止合成蛋白质。经过特殊设计的tRNA能够忽略这些错误的停止信号，在不改变患者DNA的情况下恢复完整的蛋白质。

在囊性纤维化和杜氏肌营养不良症的研究中，实验性的tRNA药物已经成功在细胞和小鼠体内恢复了缺失的蛋白质，其中一种药物今年已获准进行首次人体试验。

由于同一个“拼写错误”可能出现在许多不同的基因中，因此从理论上讲，一种tRNA药物可以治疗多种不相关的疾病。

共同通讯作者、基因组调控中心的Eva Novoa教授表示：“原则上，一种tRNA药物可用于治疗多种不相关的罕见病。这对罕见病患者来说将具有变革性意义，因为这些患者群体过于分散，难以通过传统的药物研发途径获得治疗。”

这种方法还可以帮助设计此类药物的人员。“设计出能在实验中起作用的tRNA是一回事，而确保核糖体中有足够的tRNA可被细胞使用则是另一回事，”Monti博士解释说。

研究人员预计，这种新方法将成为筛选最具前景的候选药物的常规工具。意大利IMMAGINA Biotechnology公司也参与了这一技术的开发。