RNome计划:又一个人类基因组计划.pdf
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1、Hereditas(Beijing)2024 年 5 月,46(5):357359 收稿日期:20240429;修回日期:20240506;网络发布日期:20240507 作者简介:岑萧萍,博士研究生,专业方向:人工智能与肿瘤的生物信息分析。E-mail: 周润,硕士,专业方向:植物学、肿瘤的生物信息分析。E-mail: 王元梅,博士研究生,专业方向:人工智能与肿瘤的生物信息分析。E-mail: 岑萧萍、周润和王元梅并列第一作者。通讯作者:杨焕明,博士,教授,研究方向:基因组学、生物信息学、癌症组学。E-mail: DOI:10.16288/j.yczz.24-121 观 点 RNome 计划
2、:又一个人类基因组计划 岑萧萍1,2,3,周润2,3,王元梅1,2,3,杨焕明1,2,3,4 1.中国科学院大学生命科学学院,北京 100049 2.中国科学院杭州医学研究所组学与智慧医疗研究中心,杭州 310022 3.深圳华大生命科学研究院,深圳 518083 4.沃森基因组科学研究院,杭州 310029 2023 年 4 月,生命科学界同时庆祝了两大里程碑事件的完成DNA 双螺旋结构发现 70 周年、人类基因组计划完成 20 周年,这标志着人类在解析生命科学的奥秘的显著成就。同时,也诞生了一个新的问题,下一个生命科学的里程碑会是什么?1958 年 DNA 双螺旋结构发现者克里克(Fran
3、cis Crick)提出了中心法则,其中从 DNA 到 RNA 的转录过程极为复杂,尤其是 RNA 分子修饰,这一过程出错率极高,这使得 RNA 具有高度的多样性。大量研究发现,RNA 修饰与肿瘤、神经系统疾病密切相关13。更重要的是,在 COVID-19 大流行期间,科学家通过对 RNA 分子的修饰,显著提高了 mRNA疫苗的稳定性。该项技术还摘得了 2023 年诺贝尔生理与医学奖桂冠。然而,目前已有技术未能有效地发现所有的 RNA 修饰,这极大地限制了人们对于RNA 修饰及其功能的了解。为解决这一问题,需要开发出更高灵敏度和更广覆盖度的 RNA 修饰检测技术,包括对已有的质谱、二代测序、单
4、分子纳米孔测序等技术48的进一步优化和研发。同时,先进的计算工具和数据库资源也必不可少。2024 年 3 月 21 日,美国国家科学院、工程院和医学院(National Academies of Sciences,Enginee-ring,and Medicine,NASEM)撰写了一项 描绘 RNA测序及其修饰的未来生物学和医学的新时代(Charting a Future for Sequencing RNA and Its Modifications:A New Era for Biology and Medicine)报告,旨在呼吁启动一项以研究 RNA 及其修饰为主体内容的为期 15
5、年的 RNome 计划。该计划将是继人类基因组计划之后的又一项大规模的研究计划,其对生命科学研究、工业及产业发展的影响将不亚于人类基因组计划。美国科学家将 RNome 计划,分成了 5 年、10年和 15 年 3 个阶段,涵盖了测序技术、计算工具和数据库资源的开发及临床转化研究(图 1)。计划在 5年内完成样品分离、制备和处理方法标准化,建立以研究 RNA 为核心的机构;完善和优化现有的方法技术,对样品中所有 RNA 修饰统一编号;完善已有测序方法和相应的计算方法,力求将研究精确到单细胞水平;汇总现有的技术、工具和方法以及相关计算工具包的信息,并探索新的方法;扩大学术、工业和政府部门之间的合作
6、,加大对 epitranscriptome创新技术的投资力度。这一阶段的目标是为多细胞真核生物提供丰富的 RNA 信息、绘制病原体(如SARS-CoV-2、HIV 和流感病毒)的 epitranscriptome图谱。计划在 10 年内实现与人类健康和疾病相关的多种 RNA 修饰的高通量、低成本、高灵敏度临床检测方法的建立和优化,以全面获得 epitranscriptome测序信息;实现在特定细胞状态下,在单分子水平 358 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 图 1 RNome 计划的阶段性行动及目标 Fig.1 Roadmap and milestones alon
7、g the path for completing the RNome program 上对具有高修饰多样性的 RNA(如 tRNAs)的修饰水平的精确测量和对不同修饰间干扰的识别。基于本阶段的技术,将能够描绘培养的细胞系和组织在单一、明确状态下的 epitranscriptome 图谱,以及完成一个或多个处于单一状态的简单多细胞真核生物的第一张 epitranscriptome 图谱。计划在 15 年内实现所有 RNA 及其修饰的端到端测序和信息提取,应用先进工具和技术回答 RNA 修饰与人类健康和疾病的关联这一重大问题;将 RNA 修饰应用到健康和医学以外的其他关键领域,如农业和合成生物学
8、;继续推进单细胞和单分子技术在 epitranscriptome 的应用,基于这些技术进一步建立多种复杂的多细胞真核生物在不同细胞条件下的完整 epitranscriptome,获得与人类疾病相关的 RNA 修饰的完整图谱。预计这一计划将对科学界产生颠覆式的影响。人类基因组计划的完成促进了人们对 DNA 及其与人类表型的关系的理解,然而,从 DNA 到 RNA 的转录过程更为复杂。实现对 RNA 修饰的全面解析,将颠覆生命科学上对于中心法则的认知,这会是生命科学的又一里程碑。RNA 修饰可以被认为是一种微观表型,RNA 修饰的测序、分析和应用,将促进人们对基因型到宏观表型的中间调控过程的理解,
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