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『』何川团队发布新型单链DNA测序方法，快速、灵敏检测瞬时转录变化


『』何川团队发布新型单链DNA测序方法，快速、灵敏检测瞬时转录变化
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DNA转录调控功能障碍通常与人类疾病有关 。 为了解转录调控 ， 科学家已经开发了全基因组测序方法来分析RNA聚合酶（Pol II ChIP-seq）或检测新生RNA水平 。 其中 ， 新生RNA检测方法通常包括连续检测、Pol II相关或染色质相关的RNA富集 。 但以上这些方法仍存在一定的局限性 。 例如ChIP-seq方法无法区分RNA聚合酶是简单结合还是积极参与转录 。 Pol-II相关RNA富集方法通常需要数百万个细胞作为起始材料 。 其他方法可能无法准确地测量瞬时和低丰度RNA 。
此外 ， 大多数RNA会经过转录后处理 ， 以上方法检测的是RNA的间接水平 ， 可能无法准确反映原位转录动态 。 科学家认为 ， 由于参与转录的RNA聚合酶可分解DNA的双螺旋并产生“单链DNA气泡” ， 如果在整个基因组中定位单链DNA（ssDNA）可提供参与转录的RNA聚合酶活性和动力学信息 。
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来源：Nature Methods
近日 ， 芝加哥大学何川研究团队开发了一种新的单链DNA测序（KAS-seq）方法 。 KAS-seq可在全基因组范围内快速、敏感地检测和定位由转录或其他过程产生的ssDNA ， 且只需使用1000个细胞即可实现 。 4月6日 ， 该研究成果在Nature Methods上发表 ， 文章题为“Kethoxal-assisted single-stranded DNA sequencing captures global transcription dynamics and enhancer activities in situ” 。
该方法基于N3-kethoxal和鸟嘌呤在ssDNA中快速而特异性的反应开发 。 N3-kethoxal分子能够在5分钟内特异性的和活细胞中单链状态的鸟嘌呤反应 ， 被修饰的RNA片段可通过相互作用富集 。 值得关注的是 ， N3-kethoxal修饰是可逆的 ， 加热后即可被去除 。
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KAS-seq验证和KAS-seq概述 ， 来源：Nature Methods
研究人员将N3-kethoxal加入细胞培养液 ， 5分钟后提取富集标记后的DNA片段并建库测序 。 结果显示 ， KAS-seq信号在基因编码区显著富集 ， 且具有较高的灵敏度 。 当Pol II延伸被抑制时 ， KAS-seq信号仅出现在启动子；当Pol II结合被抑制时 ， 该信号在基因编码区完全消失 。 此外 ， KAS-seq能同时检测Pol I和Pol lIII介导的转录活性 ， 表明该方法可准确检测全基因组DNA转录活性 。
研究发现 ， KAS-seq可以定义一组具有独特序列基序的单链增强子 。 这些增强子与特定的转录因子结合有关 ， 并且比典型的增强子表现出更多的增强子-启动子相互作用 。 在抑制蛋白质凝结的条件下 ， 该方法可发现从一组启动子中快速释放的Pol II 。 KAS-seq有助于以高通量方式同时快速、准确地分析转录动力学和增强子活性 ， 未来或可广泛运用在转录变化的动态检测中 。
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低输入量细胞和小鼠肝脏的KAS-seq检测结果 。 来源：Nature Methods
此外 ， KAS-seq利用1000个细胞产生的数据与使用大量细胞产生的数据相似 ， 可用于低起始量细胞或冷冻动物组织中的ssDNA检测 ， 甚至有可能用于活体动物上 。
总而言之 ， 何川团队最新开发的KAS-seq方法 ， 是一种简单、低起始量、高灵敏度的ssDNA测序方法 ， 可同时检测转录活性、增强子活性以及DNA结构变化 ， 适用于稀有样本的转录动态变化检测 。 研究团队表示 ， 随着技术的优化 ， KAS-seq有望实现单细胞、甚至单分子层面的ssDNA检测 ， 成为转录以及其他生物过程研究中不可或缺的工具 。


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