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前沿合作丨挖掘藍(lan)藻中的遺傳秘密—修飾核苷鑒定新思路
  • 發布日期:2022-03-07      瀏覽次數:1086
    • 海南大學林桓副研究員團隊以模式藍藻(細長聚球藻 PCC 7942)為研究對象,與島津廣州分析中心展開深入合作,通過微流液相色譜儀(島津Nexera Mikros)結合三重四級桿質譜儀(島津LCMS-8050)建立了一套兼具靈敏度與特異性的修飾核苷鑒定方法,并對細長聚球藻PCC 7942 總tRNA組分中存在的修飾核苷進行了檢測分析,為修飾核苷的鑒定提供了一種新思路。成(cheng)果于2021年7月發(fa)表在(zai)《Journal of Separation Science》。

        生物(wu)體(ti)中(zhong)的(de)(de)RNA元(yuan)件,包括核(he)糖體(ti)RNA,信使RNA,轉運(yun)RNA,剪(jian)接體(ti)RNA,miRNA等(deng),均需要(yao)(yao)經歷轉錄后修(xiu)(xiu)飾(shi)(shi)成(cheng)為(wei)成(cheng)熟的(de)(de)分(fen)子(zi)。這些修(xiu)(xiu)飾(shi)(shi)對實(shi)現RNA元(yuan)件的(de)(de)功能(neng)至(zhi)關(guan)重要(yao)(yao),例如mRNA疫(yi)苗必須在RNA鏈上摻(chan)入修(xiu)(xiu)飾(shi)(shi)核(he)苷(gan)才能(neng)在人體(ti)中(zhong)穩定表(biao)達。RNA轉錄后修(xiu)(xiu)飾(shi)(shi)主(zhu)要(yao)(yao)發生在核(he)糖核(he)苷(gan)(A/U/C/G)的(de)(de)堿基或(huo)核(he)糖上,以共價結合的(de)(de)方式連接一(yi)個或(huo)多個化學基團。近(jin)年研究表(biao)明RNA修(xiu)(xiu)飾(shi)(shi)種類(lei)和修(xiu)(xiu)飾(shi)(shi)率的(de)(de)變化參與到(dao)RNA代謝及(ji)功能(neng)實(shi)現的(de)(de)全過程,具有重要(yao)(yao)生理學意義[1-5]。

      ☆ 新思路 ☆

       分(fen)析方法靈敏(min)度提高有三種途徑:

      更高效的前處理技術以實現目標物的富集和基質/雜質的清除;
      更優越的分離手段,得到更純、更集中流出的色譜峰以提高目標物的瞬間濃度;
      更的檢測技術以提高目標物(wu)信(xin)號響應。

        目(mu)前(qian)質(zhi)譜(pu)(pu)(pu)儀(yi)因其通用(yong)性(xing)高、選(xuan)擇性(xing)好和靈敏(min)(min)度高,是主流的(de)檢(jian)測(ce)技術(shu),其中(zhong),靈敏(min)(min)度是評價質(zhi)譜(pu)(pu)(pu)等(deng)級(ji)的(de)重要指標之(zhi)一。質(zhi)譜(pu)(pu)(pu)儀(yi)的(de)靈敏(min)(min)度受多方(fang)面影響(xiang),其中(zhong)可(ke)以通過(guo)降低進(jin)入離子源(yuan)的(de)液流,有效提(ti)高離子化效率,從而(er)較大提(ti)高質(zhi)譜(pu)(pu)(pu)檢(jian)測(ce)靈敏(min)(min)度。如目(mu)前(qian)比(bi)(bi)較常見(jian)的(de)Nano液相、Micro液相和Semi-micro常規分析型液相,我(wo)們來做一下性(xing)能對比(bi)(bi)。

      三種液相系統的性能對比

        Nano液相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)液量有(you)利于(yu)(yu)LCMSMS離(li)(li)子(zi)(zi)源的(de)(de)(de)去(qu)(qu)溶劑化,從(cong)而(er)提(ti)高(gao)(gao)質譜(pu)響應。但(dan)是(shi)(shi)由(you)于(yu)(yu)液流過(guo)低,其(qi)通量較(jiao)小;另(ling)外,納(na)升(sheng)級的(de)(de)(de)流速(su)對(dui)(dui)輸液泵(beng)的(de)(de)(de)精度(du)和脈沖控制要求(qiu)非常(chang)(chang)(chang)高(gao)(gao),再加上(shang)其(qi)精密的(de)(de)(de)部件對(dui)(dui)使用(yong)和維(wei)護(hu)都(dou)有(you)很高(gao)(gao)的(de)(de)(de)要求(qiu)。故(gu)現(xian)有(you)技術(shu)下(xia)Nano液相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)通量和穩定(ding)性(xing)(xing)無法達到(dao)常(chang)(chang)(chang)規分析(xi)型液相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)水平(ping)。而(er)Semi-micro常(chang)(chang)(chang)規型液相(xiang)(xiang)已成為相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)成熟、應用(yong)范圍相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)廣(guang)的(de)(de)(de)分析(xi)手段,這兩項指(zhi)標非常(chang)(chang)(chang)優異,但(dan)是(shi)(shi),由(you)于(yu)(yu)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)液流,導致進入離(li)(li)子(zi)(zi)源,尤其(qi)是(shi)(shi)ESI離(li)(li)子(zi)(zi)源之(zhi)(zhi)后,其(qi)去(qu)(qu)溶劑化效率較(jiao)差,靈敏(min)度(du)無法進一步提(ti)高(gao)(gao)。 Micro液相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)色譜(pu)柱內徑介于(yu)(yu)0.1~1.0 mm之(zhi)(zhi)間,流速(su)一般介于(yu)(yu)1~100 μL之(zhi)(zhi)間,流速(su)下(xia)的(de)(de)(de)儀器穩定(ding)性(xing)(xing)、耐用(yong)性(xing)(xing)和維(wei)護(hu)性(xing)(xing)都(dou)比(bi)Nano液相(xiang)(xiang)有(you)大(da)幅提(ti)高(gao)(gao),通量接近半微(wei)量分析(xi)型液相(xiang)(xiang),而(er)其(qi)去(qu)(qu)離(li)(li)子(zi)(zi)效率相(xiang)(xiang)比(bi)半微(wei)量分析(xi)型液相(xiang)(xiang)大(da)大(da)提(ti)高(gao)(gao)。因此Micro液相(xiang)(xiang)沒有(you)明顯的(de)(de)(de)短板,理(li)論上(shang)是(shi)(shi)三種液相(xiang)(xiang)中相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)理(li)想的(de)(de)(de)技術(shu)。

      島津微流量液相質譜聯用系統 Mikros-LC+LCMS-8060

      ☆ 成果快覽 ☆

        在本研究(jiu)中(zhong)研究(jiu)人(ren)員報道(dao)了(le)(le)尿(niao)苷及其(qi)衍生物在低(di)溫及高有機溶劑的(de)條件下容易析出造成(cheng)信號變動,指出了(le)(le)利用HILIC等(deng)親(qin)水原(yuan)理的(de)核(he)苷酸LCMS分析中(zhong)需要注意的(de)問題。利用島津微流量(liang)液相(xiang)質譜(pu)聯用系統測試了(le)(le)總(zong)tRNA組分中(zhong)24個核(he)苷標樣,確定了(le)(le)各(ge)個標樣所用的(de)母離子和子離子,以及在HILIC色譜(pu)柱中(zhong)的(de)保留(liu)時(shi)(shi)間。通過多反應監(jian)測及保留(liu)時(shi)(shi)間,可以區分這些修飾核(he)苷及其(qi)同分異構體(ti)。

      核苷標樣微流量液質系統色譜圖

      測定了24個修飾核苷標樣的小檢出量,運用微流液相色譜—三重四極桿質譜聯用儀檢出下限為0.1-1 fmol,而一般用于鑒定修飾核苷所用的半微流液相色譜—三重四極桿質譜聯用儀的檢出下限為1-10 fmol。
      運用上述建立(li)的(de)方法,對細(xi)長聚(ju)球藻 PCC 7942中的(de)修飾核苷進行定量檢測,僅(jin)需含25 ng總(zong)tRNA組(zu)分(fen)的(de)樣品,即可得(de)到清(qing)晰(xi)的(de)質譜(pu)結(jie)果(guo),而在傳統的(de)半微流液(ye)相(xiang)色譜(pu)—三重(zhong)四極桿質譜(pu)聯用儀上得(de)到相(xiang)同結(jie)果(guo),至(zhi)少需要含100 ng的(de)總(zong)tRNA組(zu)分(fen)的(de)樣品[6, 7]。

      細長聚球藻樣品圖

       

      ☆ 專家觀點 ☆

        海南大學(xue)林桓副研(yan)究員(yuan):修飾核(he)苷中尿嘧啶核(he)苷及其衍生物電離困難及各修飾核(he)苷同分(fen)異(yi)構體之(zhi)間不易區分(fen)的(de)(de)特點一直是質譜(pu)(pu)(pu)檢測的(de)(de)難點。同時常規的(de)(de)半微流(liu)液相(xiang)色(se)譜(pu)(pu)(pu)—三重(zhong)四極(ji)桿質譜(pu)(pu)(pu)聯(lian)用(yong)(yong)儀檢出限較(jiao)高,需(xu)要的(de)(de)樣品(pin)量較(jiao)大,這也是不易提(ti)(ti)取(qu)的(de)(de)樣品(pin)檢測的(de)(de)制約條件之(zhi)一。該(gai)研(yan)究依托島津(jin)公司強大的(de)(de)質譜(pu)(pu)(pu)分(fen)析平臺(tai),使用(yong)(yong)微流(liu)液相(xiang)色(se)譜(pu)(pu)(pu)—三重(zhong)四極(ji)桿質譜(pu)(pu)(pu)聯(lian)用(yong)(yong)儀分(fen)離鑒定(ding)總tRNA組分(fen)中的(de)(de)修飾核(he)苷,靈敏度較(jiao)半微流(liu)液相(xiang)色(se)譜(pu)(pu)(pu)——三重(zhong)四極(ji)桿質譜(pu)(pu)(pu)聯(lian)用(yong)(yong)儀提(ti)(ti)高了(le)10倍以上。該(gai)方法(fa)可支(zhi)持表(biao)觀轉錄(lu)組學(xue)的(de)(de)發展。

      【參考文獻】

      [1] Lin H, Miyauchi K, Harada T, Okita R, Takeshita E, Komaki H, Fujioka K, Yagasaki H, Goto Y-i, Yanaka K, Nakagawa S, Sakaguchi Y, Suzuki T. CO2-sensitive tRNA modification associated with human mitochondrial disease. Nature Communications. 2018; 9: 1875.

      [2] Lian H, Wang Q H, Zhu C B, Ma J, Jin W L. Deciphering the Epitranscriptome in Cancer. Trends in Cancer. 2018: S2405803318300219.

      [3] Schimmel, Paul. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2017.

      [4] Thomas J M, Batista P J, Meier J L. Metabolic Regulation of the Epitranscriptome. Acs Chemical Biology. 2019.

      [5] Chionh Y H, Mcbee M, Babu I R, Hia F, Lin W, Zhao W, Cao J, Dziergowska A, Malkiewicz A, Begley T J. tRNA-mediated codon-biased translation in mycobacterial hypoxic persistence. Nature Communications. 2016; 7: 13302.

      [6] Kimura S, Dedon P C, Waldor M K. Comparative tRNA sequencing and RNA mass spectrometry for surveying tRNA modifications. Nature Chemical Biology. 2020.

      [7] Su D, Chan C T Y, Gu C, Lim K S, Chionh Y H, Mcbee M E, Russell B S, Babu I R, Begley T J, Dedon P C. Quantitative analysis of ribonucleoside modifications in tRNA by HPLC-coupled mass spectrometry. Nature Protocols. 2014; 9: 828-841.

       

      本文(wen)內(nei)容來源(yuan):島津 非商業廣告(gao),僅供人士參考。


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