MIT-哈佛Broad研究所,建立了空间翻译组测序技术RIBOmap(Ribosome-bound mRNA mapping),并应用RIBOmap揭示了亚细胞定位、细胞周期依赖、细胞类型特异和脑区特异的翻译调控。
RIBOmap的建立基于三元探针策略,包括:(1) splint探针杂交结合到核糖体rRNA,且作为splint环化临近的锁式探针;(2) 锁式探针靶向特定基因并且含有基因特异条形码;(3) 引物探针作为滚轮复制的引物。只有与splint 探针临近的锁式探针,才能被环化并生成DNA扩增子,实现对于核糖体结合mRNA的选择性检测。
研究将RIBOmap应用于HeLa细胞,并设计了一个结合细胞周期和亚细胞细胞器的多模式成像实验。首先捕获荧光泛素化细胞周期指示物(FUCCI)信号,然后进行核糖体结合mRNA原位测序,最后进行亚细胞细胞器的染色和成像。
RIBOmap测序结果与细胞周期荧光信号的一致,验证了RIBOmap描绘细胞状态的准确性。通过差异基因分析,找到了不同细胞周期通过翻译调控的基因。利用RIBOmap测序结果的高空间分辨率,研究进行空间共定位分析,并定义了5个基因模块,其中3个基因模块的基因富集于膜蛋白和分泌信号通路,且与内质网信号共定位,显示这3个模块的基因在内质网翻译。另外2个基因模块的基因分别富集于有丝分裂纺锤体和翻译机器这两个大分子蛋白质复合物,揭示大蛋白质复合物的各个亚基在空间临近的位置合成以利于后续组装。
将RIBOmap应用于小鼠脑组织,在脑组织定义了11个主要细胞类型和38个亚细胞类型,并构建了小鼠脑组织的空间细胞图谱。细胞的空间分布特征与既往研究结果一致,验证了RIBOmap进行细胞分类的准确性。
为进一步探究小鼠脑组织的翻译调控,研究用相邻的两片脑片分别测定空间翻译组和空间转录组,进行整合分析。研究计算了各个主要细胞类型转录组和翻译组基因表达的关联性,两者关联性越小,翻译调控越强。计算结果显示,所有的非神经细胞类型关联性都低于神经细胞类型,少突胶质细胞具有最低的关联性,最强的翻译调控性。
RIBOmap可用于研究完整细胞和组织的RNA调控和蛋白质合成。与既往方法相比,RIBOmap避免了复杂的细胞分离和基因干扰操作,具有应用于人体组织和临床疾病样品的潜力。(信息来源:生物世界)