生命科学

Life science

2025年6月25日，西湖大学马丽佳团队在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports Methods发表了题为“TAS-seq enables subcellular single-stranded adenosine profiling by signal peptide-assisted adenosine deamination”的研究。该研究创新性地开发了TAS-seq技术，利用信号肽引导RNA脱氨酶在特定亚细胞组分表达，标记不同亚细胞组分中RNA单链区中的腺苷。从而实现了在多种亚细胞组分中对RNA二级结构特征及其动态变化的系统性检测，并在单细胞水平揭示了胞浆RNA结构的异质性。TAS-seq为深入理解RNA结构动力学及其在基因调控中的功能提供了新的工具和丰富的数据支持。

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论文简介


RNA不仅是遗传信息的载体，其折叠形成的复杂二级、高级结构对于RNA在细胞内的加工成熟、定位转运及功能行使至关重要。RNA结构在生命过程中呈现高度动态变化，与RNA的命运紧密关联。传统方法（icSHAPE结合组分分离）受限于亚细胞组分分离技术（Fractionation）的分离能力，难以系统、高分辨率地解析多种亚细胞组分中RNA的结构特征及动态变化。


为了解决这一问题，西湖大学马丽佳团队开发了一种新型亚细胞组分RNA二级结构捕获方法（TAS-seq）。该方法利用特异性信号肽将RNA脱氨酶（TadA-8e）精准锚定至目标亚细胞组分。定位于此的脱氨酶可高效催化目标组分内RNA单链区的腺苷（A）发生脱氨反应（A-to-I editing），从而实现对特定组分RNA单链区域的高通量测序与解析。与传统方法相比，TAS-seq在检测细胞核RNA结构时展现出更优的特异性。研究人员发现，TAS-seq对不同RNA二级结构的单链腺苷具有差异化的标记效率（其中发夹环腺苷标记效率最高）。利用这一特征，TAS-seq可以灵敏地检测不同亚细胞组分间RNA结构的变化。例如，对细胞核、胞浆、内质网膜中的TAS-seq数据进行分析后发现，大量基因的转录本在不同组分间发生结构重塑。结构重塑位点在3' UTR区域富集，这与UTR作为转录后调控热点区域的功能特性一致。值得注意的是，这些发生结构重塑的转录本富集在其所在亚细胞组分功能特异性的调控通路中，揭示了RNA结构动态变化与其特定生物学功能的紧密联系。此外，研究人员还将TAS-seq成功应用于单细胞水平RNA结构研究，发现在不同细胞之间，相同基因的转录本在胞浆具有结构异质性。最后，TAS-seq标记的单链腺苷信息可用于评估gRNA对其靶标RNA的可及性（accessibility），优先选择靶向含有TAS-seq标记腺苷位点区域的gRNA，可显著提升CRISPR-Cas13d系统的RNA操作效率。


综上所述，本研究开发的TAS-seq方法，在群体及单细胞水平实现了对细胞核、胞浆、内质网膜这些亚细胞组分RNA结构特征与动态变化的检测。该技术不仅深化了对RNA结构动力学及其调控功能的理解，为相关机制研究提供了工具，也为CRISPR-Cas13d系统中gRNA设计优化策略提供了助力。


研究论文内容示意图



作者专访

Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者马丽佳研究员代表团队进行了专访，为大家进一步详细解读。

CellPress：

您如何看待近年来高通量RNA结构测序方法的研究现状？



马丽佳研究员/王丽霞博士：

高通量RNA结构分析技术正持续向更高通量、更高分辨率（单分子/单细胞）、生理相关性及动态解析方向发展，并与人工智能深度融合，不断揭示RNA结构与功能的复杂调控网络。然而，在生理条件下全景解析RNA动态结构仍面临巨大挑战。未来突破需依赖多模态技术交叉融合及开发具备更高时空分辨率、灵敏度和生理适用性的新一代高通量检测方法。

CellPress：

您认为本项研究具有哪些亮点？



马丽佳研究员：

本研究开发的TAS-seq方法能够高通量地同时检测RNA的亚细胞定位和结构，从空间维度深入认识RNA结构的动态变化。与传统方法相比，该方法不仅识别单链结构，并且对不同亚结构的单链腺苷具有不同的标记能力，提高了检测RNA结构变化的灵敏度。此外，该方法能够应用于单细胞水平的研究，具有实验操作简便、亚细胞分辨率，全长转录本检测的优点。

CellPress：

您认为本项研究对认识转录组结构有哪些具体意义？



马丽佳研究员：

本研究丰富了对RNA结构在不同亚细胞组分动态变化的认识，发现了RNA结构组分特异性和细胞间RNA结构异质性，及其与RNA功能的密切关系，极大丰富了RNA结构动力学的认知维度。该方法为研究RNA结构介导的基因调控机制及其在疾病发生发展中的作用提供了新工具。此外，该技术框架理论上可适配多种定位信号/调控蛋白，未来有望应用于不同生理/病理状态、更多亚细胞结构的RNA动态结构研究，将强力推动RNA结构-功能关系领域的进展，并应用于指导RNA药物的分子设计。



相关论文信息

论文原文刊载于CellPress细胞出版社

旗下期刊Cell Reports Methods上，

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▌论文标题：

TAS-seq enables subcellular single-stranded adenosine profiling by signal peptide-assisted adenosine deamination


▌论文网址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667237525001237

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2025.101087

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