近年来，随着对RNA分子复杂性的深入认识，RNA修饰逐渐成为生命科学研究的焦点之一。目前，科学家已在RNA分子中鉴定出150多种不同的化学修饰，这些修饰以其动态性和可逆性著称，广泛参与了基因表达的调控过程。[1] 在真核生物中，RNA修饰不仅影响转录和翻译，还在细胞分化、发育及疾病的发生中发挥着重要作用。深入理解这些修饰的动态变化、调控机制及其生物学功能，对于全面揭示生命活动的调控网络至关重要。
2021年
诺贝尔化学奖得主Carolyn Bertozzi及其团队在《Cell》杂志上首次报道了一种全新的RNA分子——糖RNA（glycoRNA）。[2] 这一研究揭示了RNA与糖分子的结合，但由于传统分析方法的限制，RNA与糖分子之间的具体连接方式未能明确鉴定。随着质谱技术的不断进步，RNA修饰的检测与分析手段得到了迅猛发展。
2024年8月21日
哈佛大学Ryan Flynn团队与华盛顿大学圣路易斯医学院的Benjamin Garcia团队在《Cell》上发表了一项突破性研究，首次鉴定出修饰RNA碱基acp3U(3-(3-amino-3-carboxypropyl)uridine)是糖RNA中N-聚糖的结合位点。[3]
该研究的关键之一是利用共同第一作者谢一轩博士开发的SWAMNA (SWATH分析修饰核酸) 平台，对RNA水解后的产物进行定量分析。[4] SWAMNA平台基于SCIEX 7600系统的Zeno SWATH-MS技术，通过Zeno trap提高了分析灵敏度，并利用预定义窗口选择提供一致的碎片信息，从而确保结果的良好重复性与稳定性。研究团队根据Modomics和DNAmod数据库中不同RNA和DNA修饰的质量分布，设计了特定的分离窗口方案。
同时，考虑到RNA上可能存在的大型糖基化修饰，研究团队扩展了质量窗口以涵盖核苷中的这些大修饰。最终，整体分析循环时间控制在1秒内，确保了足够的数据点以获得理想的定量结果，并且在微流速下的最低定量限（LOQ）可达到fmol级别。
借助SWAMNA平台，研究团队对富集后的糖RNA进行了高灵敏度的RNA修饰质谱分析。结果显示，在氧16和氧18两种反应条件下，acp3U分别生成了对应的氧同位素标记，并且其液相色谱保留时间和二级质谱信息与标准样品完全一致。同时，团队利用糖苷内切酶Endo F2和Endo F3对富集产物进行酶解，留下N-乙酰葡萄糖胺单体标记在核苷分子上，并通过靶向质谱鉴定出了N-乙酰葡萄糖胺-acp3U化合物。此外，研究人员在细胞中敲除了acp3U合成酶DWDT2，结果显示糖RNA信号显著下降。
总之，该研究不仅阐明了acp3U在糖RNA中作为N-聚糖结合位点的关键作用，也为今后利用质谱技术进一步研究其他RNA修饰及其功能提供了有力支持。这一突破将为深入研究RNA修饰在生物学过程及疾病中的功能开辟新视野，尤其是RNA糖基化在细胞调控中的具体机制。
参考文献
[1] Cui et al., Signal Transduct Target Ther., 2022. DOI: 10.1038/s41392-022-01175-9
[2] Flynn et al., Cell, 2021. DOI: 10.1016/j.cell.2021.04.023
[3] Xie et al., Cell, 2024. DOI: 10.1016/j.cell.2024.07.044
[4] Xie et al., ChemComm, 2023. DOI: 10.1039/D3CC04402E
谢一轩博士
青年研究员、博士生导师。本科毕业于兰州大学萃英学院(化学专业)，硕士毕业于美国阿克伦大学高分子科学学院。2020年博士毕业于美国加州大学戴维斯分校，师从糖组专家Carlito Lebrilla教授。随后加入美国宾夕法尼亚大学医学院及华盛顿圣路易斯大学医学院Benjamin Garcia课题组，从事博士后研究工作。研究方向专注于通过基于质谱的多组学技术表征蛋白质和核酸的修饰，并揭示其在生物学中的功能。首次发现了生物组蛋白H4上的新型乙酰甲基赖氨酸化修饰(Nature 2023)，并鉴定出acp3U核苷作为糖RNA分子中N-聚糖连接的机制，为糖RNA存在提供直接证据(Cell 2024)。2023年荣获美国质谱协会博士后发展奖，2024年被《Journal of Proteome Research》杂志评选为蛋白质组及代谢组学术新星。课题组主要聚焦于发展质谱新型生物组学技术，以揭示生物大分子（糖质、核酸和蛋白质）的构成及功能，特别是生物分子糖基化方向。课题组长期招聘对相关研究感兴趣的博士后，博士生和联培学生。
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粤港澳大湾区精准医学研究院（广州）
（Greater Bay Area Institute of Precision Medicine (Guangzhou））是由复旦大学、广州市人民政府和广州南沙经济技术开发区管委会共同举办的省属事业单位，坐落于粤港澳大湾区地理几何中心的广州市南沙区。研究院由中科院院士、复旦大学校长金力教授担任院长，围绕重大疾病精准防诊治研究，设立遗传疾病、肿瘤防治、神经疾病和老年健康4个研究所，健康医疗电子、智能医学、线粒体遗传与健康、类器官与再生医学、细胞治疗与免疫治疗、原创新药、精准诊断和基因组技术8个研究中心以及核酸组学、蛋白质组学、代谢组学和精准医学大数据等10个高水平公共技术服务平台。
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