Genome Biology | GCLiPP:用于构建RNA结合蛋白高分辨率结合图谱的全局交联和蛋白质纯化方法

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RNA结合蛋白(RNA binding proteins, RBPs)是指在细胞中能够与双链或单链RNA结合并形成核糖核蛋白复合物的一大类蛋白。RBPs主要通过与RNA结合发挥功能。RNA自转录起始,在其寿命的不同阶段,会和不同类型的RBP结合形成核糖核蛋白(RNP)复合体,介导其成熟、转运、定位和翻译过程的调控。真核生物编码的RBP极为多样,通过各自特异的RNA识别和结合机制,调控RNA代谢的方方面面。RBP功能和表达失调对细胞功能和生物体健康都可能带来影响。
许多方法可以鉴定RBP结合位点。这些方法可以是以蛋白质为中心的,描述由特定RBP结合的RNA位点的信息,或以RNA为中心,识别与RNA结合的蛋白质组。最常见的以蛋白质为中心的策略是基于RBP及其相关RNA的免疫纯化,大致可分为RNA免疫沉淀(RIP)或交联和免疫沉淀(CLIP)方法。RIP方法在自然条件或使用甲醛交联下纯化RNA-蛋白质复合体。CLIP方法应用更广泛,它依赖于紫外光对细胞的照射,辐射碱基附近的蛋白质通过5’共价键与RNA不可逆地交联。但是,这些方法均缺乏鉴定不同类型细胞或处理的全局RBP位点的手段。
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图一.传统CLIP实验流程

(Hafner, M., Katsantoni, M., Köster, T. et al. CLIP and complementary methods. Nat Rev Methods Primers 1, 20 (2021). https://doi.org/10.1038/s43586-021-00018-1)

近日,来自美国加州大学旧金山分校的K. Mark Ansel和David J. Erle团队,在《Genome Biology》杂志发表了题为“GCLiPP: global crosslinking and protein purification method for constructing high-resolution occupancy maps for RNA binding proteins”的文章。作者开发了全局交联蛋白纯化 (GCLiPP)的方法,并创建了小鼠原代T细胞和人类Jurkat T细胞系的全局RBP结合图谱。
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GCLiPP方法与eCLIP具有许多相同的技术特征,并且无需RBP特异性免疫沉淀即可产生高分辨率转录组范围内的蛋白质结合数据。作者利用GCLiPP序列reads密度的峰,并测量这些峰内 GCLiPP 读数的分布,以评估该技术的重现性。与其他转录组特征相比,Jurkat GCLiPP文库的reads在成熟 mRNA和长非编码RNA中高度富集。
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图二.GCLiPP测序揭示的RBP结合情况

为了评估GCliPP的性能,作者把GCliPP数据与eCLIP和基于相分离的方法进行比较。相分离方法产生更宽的峰,可能表明RBP位点图谱的分辨率较低。为了更好地评估分辨率,作者确定了每种技术检测到的RBP占据区域的系统发育保守性,推断功能性RBP-RNA相互作用位点比中性3’UTR 序列更保守。以峰为中心的200 nt区域的PhyloP分数对所有结合位点进行平均,然后对每种方法的平均值进行归一化(图 3E)。GCLiPP和eCLIP峰在峰中心显示出较高的序列保守性。eCLIP和GCLiPP(图 3F,上图)之间的归一化PhyloP分数在距离峰中心的每个核苷酸距离上的相关性比eCLIP和相分离方法之间的相关性更好(图 3F,中图和下图)。因此,GCLiPP以全局高分辨率地检测整个转录组中的RBP结合位点,与eCLIP数据非常相似。
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图四.跨物种RBP位点比较

作者认为RBP结合图谱可以用来指导位于顺式调控元件中序列变异的功能注释。为了测试这种可能性,作者将Jurkat GCLiPP峰与可能与人类免疫介导性疾病相关的随机单核苷酸多态(SNPs)取交集。利用先前开发的算法,在这些变异中鉴定出63个出现在3‘UTR GCLiPP峰内的SNP。这些变异与多种免疫介导的疾病有关,并出现在T细胞中表达的各种基因中。
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图五.GCLiPP峰与SNP位点交集

综上所述,作者开发了GCLiPP的方法构建全局高分辨率的RBP结合图谱,可以检测整个转录组范围内的RBP结合情况。GCLiPP以比基于相分离的技术更高的分辨率映射RBP占据的位点。GCLiPP序列标签与已知的RBP结合位点相对应,并在RBP特异性交联免疫沉淀 (CLIP) 检测到的位点富集。人类Jurkat T细胞和小鼠原代T细胞的比较揭示了人类和小鼠3’ UTR同源区域的GCLiPP信号共享峰。并且GCLiPP信号与免疫相关的SNPs重叠,说明了GCLiPP可以用于指导顺式调控元件中序列变异的功能注释。
文章来源:植物生物技术Pbj
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