/Nature Biotechnology/肿瘤诊断和预后的tRNA生物标志物检测的新方法
2023/4/7 14:57:32 生物密探
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核糖核酸 (RNA) 分子存在于所有活细胞中，不同类型的RNA具有不同的作用。例如，信使RNA是从DNA中复制出来的，并载有如何制造蛋白质的指令。转移核糖核酸(tRNA)将mRNA序列与其相应的氨基酸连接，确保蛋白质按照基因的指示正确地连接在一起。
细胞自然地修饰RNA分子以增强其稳定性、结构和功能。当这种修改过程出错时，它会对人类健康和疾病产生重要的后果。在tRNA的情况下，不正确或缺失的修饰会产生错误或不完整的蛋白质，tRNA修饰的失调与各种人类疾病有关，包括神经退行性疾病、代谢性疾病和癌症。
tRNAs是一种“信息丰富”的分子，对于疾病的诊断和预后具有巨大的潜力，但由于缺乏能够以定量和经济高效的方式捕获这些信息的方法，迄今为止还没有被用于此目的。例如，某些类型的癌症难以诊断，因为它们的症状是非特异性的，并且可能与其他疾病混淆。同时，某些tRNA修饰谱仅在特定癌症类型中存在，并且可用作高度特异性生物标志物。
如果能够从血液样本中分离出tRNA分子并量化其修饰，就可以帮助诊断癌症而无需使用成像测试或侵入性活检。此外，tRNA修饰的类型可以根据疾病的状态而改变，提供关于疾病的预后的有价值的信息。
当前测量tRNA分子的方法通常涉及下一代测序或质谱法的技术，然而，这些方法用于诊断目的是有限的，因为它们要么不能检测修改，要么不能识别它们发生在tRNA的哪个位置。
西班牙巴塞罗那基因组调控中心的研究人员开发了一种新方法来解决这一挑战，该方法可以实现一个步骤中测量tRNA分子的丰度和修饰。这种方法被称为纳米tRNAseq，该研究方法于4月6日发表在《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上。
纳米tRNAseq是基于纳米孔测序的，这种技术可以通过使单个核糖核酸分子穿过小孔来直接测序。组成RNA分子的每个核苷酸的大小和形状略有不同，当每个核苷酸穿过孔时，电流发生相应的变化。计算机程序检测电流的变化，以识别RNA分子的序列，包括任何修改。作为概念的证明，研究人员使用纳米tRNAseq来精确测量在不同环境条件下从酵母细胞中采集的样品中的tRNA丰度和修饰。
与常规技术相比，该方法具有显著的优势。我们首次可以同时研究tRNA丰度和tRNA修饰曲线。此外，该方法快速、经济、高通量，且具有单分子分辨率。以前，我们依赖两种不同的方法，这两种方法加起来信息量较少，而且要花费数周时间和数千欧元才能获得结果。纳米tRNAseq成本低，可以在几天内，甚至在不远的将来实现在几个小时内获得结果。”
纳米tRNAseq实现的快速数据分析对于临床决策至关重要。该方法的另一个优点是，该技术所需的纳米孔测序机体积小、重量轻，可以由笔记本电脑或便携式电池供电，使得它们易于远程运输，并且能够在现场或诊所中使用。
研究人员指出，这种新方法仍然存在一些局限性，例如无法预测给定样本中哪些tRNA修饰会失调，除非先前使用其他实验方法确定了tRNA中的精确修饰。虽然低等真核生物(如酵母)的tRNA修饰特征很明显，但人类并非如此。通过与其他方法并行使用纳米tRNAseq，我们可以描述整套人类tRNAs的修饰曲线，并在未来使用纳米tRNAseq来识别哪些tRNAs变化与人类疾病相关。
tRNA分子可以被切割成在血浆中循环的小而稳定的RNA片段。这些分子在癌症患者中通常会发生改变，并且在诊断和预后方面信息非常丰富。Nano - tRNAseq是一种概念验证技术，它为开发一种简单、成本效益高且高度精确的方法铺平了道路，该方法能够以无创方式量化这些分子。研究的目标是进一步开发这项技术，并将其与人工智能工具结合起来，在3小时内确定生物癌症样本的恶性程度，实现每份样本的成本不超过50欧元。
参考资料：
1.https://www.nature.com/articles/s41587-023-01743-6
2.https://medicalxpress.com/news/2023-04-trna-biomarkers-cancer-diagnosis-prognosis.html
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