众所周知，RNA分子存在于所有活细胞中，不同类型的RNA具有不同的功能。例如，mRNA是从DNA复制而来，携带了如何制造蛋白质的指令。转运RNA（tRNA）将mRNA序列与相应的氨基酸连接起来，确保蛋白质按照DNA的指示正确拼接在一起。

细胞会修饰RNA分子，以增强它们的稳定性、结构和功能。当这个修饰过程出错时，会对人类健康和疾病产生重要的影响。就tRNA而言，不正确的修饰会产生有缺陷或不完整的蛋白质。tRNA修饰的失调与多种人类疾病有关，包括神经退行性疾病、代谢性疾病和癌症。

作为“富含信息”的分子，tRNA在疾病诊断和预后方面拥有巨大的潜力，但目前仍然缺乏方法来经济高效地捕获这些信息。例如，某些类型的癌症很难诊断，因为它们的症状比较普遍，可能与其他疾病相混淆。同时，某些tRNA修饰图谱只存在于特定癌症中，可作为高度特异性的生物标志物。

就目前而言，测定tRNA分子的方法通常需要使用新一代测序或质谱等技术，然而，这些方法在诊断方面的应用很有限，因为它们要么无法检测到修饰，要么无法确定修饰发生在tRNA的哪个位置。

巴塞罗那科学技术研究所基因组调控中心的研究人员近日开发出一种新方法，解决了这方面的挑战。这种名为Nano-tRNAseq的新方法可一步测定tRNA分子的丰度和修饰，并发表在《Nature Biotechnology》（自然-生物技术）杂志上。

Nano-tRNAseq是基于Oxford Nanopore Technologies的纳米孔测序技术，该技术可在单个RNA分子通过小孔时直接对其进行测序。组成RNA分子的每个核苷酸的大小和形状都略有不同，当每个核苷酸通过小孔时，电流也会发生相应的变化。计算机程序检测电流的变化，以确定RNA分子的序列以及修饰。作为概念验证，研究人员此次使用Nano-tRNAseq准确测定了暴露在不同环境条件下的酵母样本中的tRNA丰度和修饰。

与传统技术相比，这种方法具有明显的优势。第一作者、基因组调控中心的博士生Morghan Lucas表示：“这是我们第一次同时研究tRNA丰度和tRNA修饰图谱。这种方法快速经济，通量高，并具有单分子分辨率。以往，我们需要使用两种单独的方法，信息量较小，而且费力又费钱。Nano-tRNAseq只需要较低的成本，就可在几天内得到结果，在不久的将来，也许几小时内就能有结果。”

Nano-tRNAseq方法实现的快速数据分析对临床决策至关重要。另一个优势是，该技术所需的纳米孔测序机体积小、重量轻，可由笔记本电脑或便携式电池供电，容易运输到偏远地区，并在现场或诊所使用。

研究人员指出，新方法也存在一些局限性，例如无法预测样本中的哪个tRNA修饰异常，除非之前已采用其他方法确定了tRNA的精确修饰。“虽然酵母等低等生物的tRNA修饰图谱已研究透彻，但对人类来说并非如此。在结合使用Nano-tRNAseq及其他方法后，我们可以描述人类tRNA的完整修饰图谱，并在未来确定tRNA中的哪些变化与特定的人类疾病相关，”Morghan Lucas补充道。

这种方法是由基因组调控中心Eva Novoa博士领导的研究团队开发的。Novoa博士表示：“tRNA分子可被切割成稳定的RNA小片段，在血浆中循环。癌症患者中的这些分子通常会发生改变，为诊断和预后提供了丰富的信息。”

“Nano-tRNAseq是一种概念验证技术，有望开发出一种简单经济且高度精确的方法来定量tRNA分子。我们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小时内确定生物样本的恶性程度，且每个样本的成本不超过50欧元，”Novoa博士谈道。

原文检索

Lucas, M.C., Pryszcz, L.P., Medina, R. et al. Quantitative analysis of tRNA abundance and modifications by nanopore RNA sequencing. Nat Biotechnol (2023). https://doi.org/10.1038/s41587-023-01743-6