RNA结合蛋白的组学解析与功能探索★
 |
曾如馨, 2023年博士毕业于北京大学化学与分子工程学院, 就读期间曾获北京大学博士研究生校长奖学金. 2018年加入陈鹏教授课题组, 主要研究方向为时空分辨的蛋白质和蛋白质翻译后修饰、蛋白质互作组学. |
 |
陈鹏, 北京大学化学与分子工程学院教授、化学生物系主任, 新基石研究员. 长期致力于化学与生命科学前沿交叉研究, 系统地发展了适用于活细胞的化学反应, 为生命问题的探索提供了创新的工具和研究方式. 尤其是提出并发展了“生物正交剪切反应”, 突破了在活细胞内研究蛋白质功能的技术瓶颈, 并应用于蛋白质药物开发和蛋白质组学研究, 开拓了生物正交化学新方向, 受到国内外同行的高度重视和应用. 现任中国化学会化学生物学专业委员会主任、美国化学会ACS Chemical Biology执行主编等. |
收稿日期: 2023-07-02
网络出版日期: 2023-08-15
基金资助
项目受科技部国家重点研发计划(2021YFA1302603)
RNA-Binding Proteome Analysis and Functional Explorations★
Received date: 2023-07-02
Online published: 2023-08-15
Supported by
National Key Research and Development Programmes of the Ministry of Science and Technology of China(2021YFA1302603)
转录后调控在生理过程中占据十分重要的地位, 其分子机制包含大量的核糖核酸(RNA)与蛋白质之间的相互作用. 在RNA的整个生命周期中, RNA结合蛋白(RBPs)是相当关键的参与者和执行者, 影响了细胞生理过程的运行及机体稳态的维持. 研究RNA结合蛋白质组, 可以为发掘生物标志物、寻找疾病治疗的靶标提供重要信息. 近年来, 捕捉RBPs的手段推陈出新, 从只能富集特定RNA的结合蛋白发展至可以实现全局性的RBPs鉴定, 并对RBP的性质如空间分布、翻译后修饰所产生的影响进行了探索. 聚焦于RBPs的组学解析手段以及功能蛋白质组探索, 介绍现有的技术, 总结技术特点并分析其所存在的问题, 最后展望RBP组学研究技术改进的方向和应用前景.
关键词： 核糖核酸(RNA)结合蛋白; RNA结合蛋白质组; 相分离; 空间分布; 翻译后修饰
曾如馨 , 陈鹏 . RNA结合蛋白的组学解析与功能探索★[J]. 化学学报, 2024 , 82(1) : 53 -61 . DOI: 10.6023/A23070316
Post-transcriptional regulations play a critical role in diverse biological processes, and a series of RNA-protein interactions are involved in their underlying mechanism. RNA-binding proteins (RBPs) are key participants and executors in entire life cycle of RNA, affecting the operation of biological processes and the maintenance of cellular homeostasis. The RNA-binding proteome profiling therefore provides crucial information for discovering biological markers and targets of diseases. An array of RBPs capturing methods have been developed in recent years, ranging from profiling binding proteins of specific RNA to unbiased global RBPs identification, and even to exploring the functional aspects of RBPs such as spatial distribution and/or post-translational modifications. This review will focus on tool development for RBP proteomics and functional proteome characterization, and finally discusses bottlenecks and future prospects of this exciting direction of RBP proteomics.
| [1] | Licatalosi, D. D.; Darnell, R. B. Nat. Rev. Genet. 2010, 11, 75. |
| [2] | Lukong, K. E.; Chang, K.-W.; Khandjian, E. W.; Richard, S. Trends Genet. 2008, 24, 416. |
| [3] | Chen, M.; Manley, J. L. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10, 741. |
| [4] | Gruber, A. J.; Zavolan, M. Nat. Rev. Genet. 2019, 20, 599. |
| [5] | Erson-Bensan, A. E. J. Mol. Endocrinol. 2016, 57, F29. |
| [6] | Kurosaki, T.; Popp, M. W.; Maquat, L. E. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019, 20, 406. |
| [7] | Das, S.; Vera, M.; Gandin, V.; Singer, R. H.; Tutucci, E. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2021, 22, 483. |
| [8] | Calo, E.; Flynn, R. A.; Martin, L.; Spitale, R. C.; Chang, H. Y.; Wysocka, J. Nature 2015, 518, 249. |
| [9] | Chen, X.; Huang, C. Trends Cell Biol. 2023, 33, 625. |
| [10] | Van Nostrand, E. L.; Freese, P.; Pratt, G. A.; Wang, X.; Wei, X.; Xiao, R.; Blue, S. M.; Chen, J.-Y.; Cody, N. A. L.; Dominguez, D.; Olson, S.; Sundararaman, B.; Zhan, L.; Bazile, C.; Bouvrette, L. P. B.; Bergalet, J.; Duff, M. O.; Garcia, K. E.; Gelboin-Burkhart, C.; Hochman, M.; Lambert, N. J.; Li, H.; McGurk, M. P.; Nguyen, T. B.; Palden, T.; Rabano, I.; Sathe, S.; Stanton, R.; Su, A.; Wang, R.; Yee, B. A.; Zhou, B.; Louie, A. L.; Aigner, S.; Fu, X.-D.; Lécuyer, E.; Burge, C. B.; Graveley, B. R.; Yeo, G. W. Nature 2020, 583, 711. |
| [11] | He, S.; Valkov, E.; Cheloufi, S.; Murn, J. Nat. Rev. Genet. 2023, 24, 276. |
| [12] | Jankowsky, E.; Harris, M. E. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2015, 16, 533. |
| [13] | Valverde, R.; Edwards, L.; Regan, L. FEBS J. 2008, 275, 2712. |
| [14] | Font, J.; Mackay, J. P. In Engineered Zinc Finger Proteins: Methods and Protocols, Eds.: Mackay, J. P.; Segal, D. J., Humana Press, Totowa, NJ, 2010; pp. 479-491. |
| [15] | Corley, M.; Burns, M. C.; Yeo, G. W. Mol. Cell 2020, 78, 9. |
| [16] | Wang, X.; Feng, J.; Xue, Y.; Guan, Z.; Zhang, D.; Liu, Z.; Gong, Z.; Wang, Q.; Huang, J.; Tang, C.; Zou, T.; Yin, P. Nature 2016, 534, 575. |
| [17] | Wiedner, H. J.; Giudice, J. Nat. Struct. Mol. Biol. 2021, 28, 465. |
| [18] | Buchan, J. R.; Parker, R. Mol. Cell 2009, 36, 932. |
| [19] | Parker, R.; Sheth, U. Mol. Cell 2007, 25, 635. |
| [20] | Gebauer, F.; Schwarzl, T.; Valcárcel, J.; Hentze, M. W. Nat. Rev. Genet. 2021, 22, 185. |
| [21] | Kim, H. J.; Kim, N. C.; Wang, Y.-D.; Scarborough, E. A.; Moore, J.; Diaz, Z.; MacLea, K. S.; Freibaum, B.; Li, S.; Molliex, A.; Kanagaraj, A. P.; Carter, R.; Boylan, K. B.; Wojtas, A. M.; Rademakers, R.; Pinkus, J. L.; Greenberg, S. A.; Trojanowski, J. Q.; Traynor, B. J.; Smith, B. N.; Topp, S.; Gkazi, A.-S.; Miller, J.; Shaw, C. E.; Kottlors, M.; Kirschner, J.; Pestronk, A.; Li, Y. R.; Ford, A. F.; Gitler, A. D.; Benatar, M.; King, O. D.; Kimonis, V. E.; Ross, E. D.; Weihl, C. C.; Shorter, J.; Taylor, J. P. Nature 2013, 495, 467. |
| [22] | Martinez, F. J.; Pratt, G. A.; Van Nostrand, E. L.; Batra, R.; Huelga, S. C.; Kapeli, K.; Freese, P.; Chun, S. J.; Ling, K.; Gelboin-Burkhart, C.; Fijany, L.; Wang, H. C.; Nussbacher, J. K.; Broski, S. M.; Kim, H. J.; Lardelli, R.; Sundararaman, B.; Donohue, J. P.; Javaherian, A.; Lykke-Andersen, J.; Finkbeiner, S.; Bennett, C. F.; Ares, M.; Burge, C. B.; Taylor, J. P.; Rigo, F.; Yeo, G. W. Neuron 2016, 92, 780. |
| [23] | Lagier-Tourenne, C.; Polymenidou, M.; Cleveland, D. W. Hum. Mol. Genet. 2010, 19, R46. |
| [24] | Orr, H. T.; Chung, M.-Y.; Banfi, S.; Kwiatkowski, T. J.; Servadio, A.; Beaudet, A. L.; McCall, A. E.; Duvick, L. A.; Ranum, L. P. W.; Zoghbi, H. Y. Nat. Genet. 1993, 4, 221. |
| [25] | Banfi, S.; Servadio, A.; Chung, M.-Y.; Kwiatkowski, T. J.; McCall, A. E.; Duvick, L. A.; Shen, Y.; Roth, E. J.; Orr, H. T.; Zoghbi, H. Y. Nat. Genet. 1994, 7, 513. |
| [26] | Burghes, A. H. M.; Beattie, C. E. Nat. Rev. Neurosci. 2009, 10, 597. |
| [27] | Zhu, H.; Liu, J.; Cao, X.-T. Chin. J. Cancer Biother. 2023, 30, 1. (in Chinese) |
| [27] | (朱哈, 刘娟, 曹雪涛, 中国肿瘤生物治疗杂志, 2023, 30, 1.) |
| [28] | Tong, J.; Wang, X.; Liu, Y.; Ren, X.; Wang, A.; Chen, Z.; Yao, J.; Mao, K.; Liu, T.; Meng, F.-L.; Pan, W.; Zou, Q.; Liu, J.; Zhou, Y.; Xia, Q.; Flavell, R. A.; Zhu, S.; Li, H.-B. Sci. Adv. 2021, 7, eabd4742. |
| [29] | Petkau, G.; Mitchell, T. J.; Chakraborty, K.; Bell, S. E.; D'Angeli, V.; Matheson, L.; Turner, D. J.; Saveliev, A.; Gizlenci, O.; Salerno, F.; Katsikis, P. D.; Turner, M. Nat. Commun. 2022, 13, 2274. |
| [30] | Zeng, Q.; Saghafinia, S.; Chryplewicz, A.; Fournier, N.; Christe, L.; Xie, Y.-Q.; Guillot, J.; Yucel, S.; Li, P.; Galván, J. A.; Karamitopoulou, E.; Zlobec, I.; Ataca, D.; Gallean, F.; Zhang, P.; Rodriguez-Calero, J. A.; Rubin, M.; Tichet, M.; Homicsko, K.; Hanahan, D. Science 2022, 378, eabl7207. |
| [31] | Wetzel, R.; So?ll, D. Nucleic Acids Res. 1977, 4, 1681-1694. |
| [32] | Greenberg, J. R. Nucleic Acids Res. 1979, 6, 715. |
| [33] | Brimacombe, R.; Stiege, W.; Kyriatsoulis, A.; Maly, P. In Methods Enzymol. Academic Press, Cambridge, MA, 1988, Vol. 164, pp. 287-309. |
| [34] | Meisenheimer, K. M.; Koch, T. H. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 1997, 32, 101. |
| [35] | Nechay, M.; Kleiner, R. E. Curr. Opin. Chem. Biol. 2020, 54, 37. |
| [36] | Julio, A. R.; Backus, K. M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2021, 62, 13. |
| [37] | Sun, R.-H.; Chen, R.-B. Chin. J. Biotechnol. 2023, 43, 77. (in Chinese) |
| [37] | (孙若航, 陈瑞冰, 中国生物工程杂志, 2023, 43, 77.) |
| [38] | Ramanathan, M.; Porter, D. F.; Khavari, P. A. Nat. Methods 2019, 16, 225. |
| [39] | Zhang, Z.; Liu, T.; Dong, H.; Li, J.; Sun, H.; Qian, X.; Qin, W. Nucleic Acids Res. 2021, 49, e65. |
| [40] | Castello, A.; Fischer, B.; Eichelbaum, K.; Horos, R.; Beckmann, B. M.; Strein, C.; Davey, N. E.; Humphreys, D. T.; Preiss, T.; Steinmetz, L. M.; Krijgsveld, J.; Hentze, M. W. Cell 2012, 149, 1393. |
| [41] | Baltz, A. G.; Munschauer, M.; Schwanh?usser, B.; Vasile, A.; Murakawa, Y.; Schueler, M.; Youngs, N.; Penfold-Brown, D.; Drew, K.; Milek, M.; Wyler, E.; Bonneau, R.; Selbach, M.; Dieterich, C.; Landthaler, M. Mol. Cell 2012, 46, 674. |
| [42] | Perez-Perri, J. I.; Rogell, B.; Schwarzl, T.; Stein, F.; Zhou, Y.; Rettel, M.; Brosig, A.; Hentze, M. W. Nat. Commun. 2018, 9, 4408. |
| [43] | Conrad, T.; Albrecht, A.-S.; de Melo Costa, V. R.; Sauer, S.; Meierhofer, D.; ?rom, U. A. Nat. Commun. 2016, 7, 11212. |
| [44] | Chu, C.; Zhang, Q. C.; da Rocha, S. T.; Flynn, R. A.; Bharadwaj, M.; Calabrese, J. M.; Magnuson, T.; Heard, E.; Chang, H. Y. Cell 2015, 161, 404. |
| [45] | Liu, Y.; Ge, Y.; Zeng, R.; Ngai, W. S.; Fan, X.; Chen, P. R. CCS Chem. 2023, 5, 802. |
| [46] | Ramanathan, M.; Majzoub, K.; Rao, D. S.; Neela, P. H.; Zarnegar, B. J.; Mondal, S.; Roth, J. G.; Gai, H.; Kovalski, J. R.; Siprashvili, Z.; Palmer, T. D.; Carette, J. E.; Khavari, P. A. Nat. Methods 2018, 15, 207. |
| [47] | Yi, W.; Li, J.; Zhu, X.; Wang, X.; Fan, L.; Sun, W.; Liao, L.; Zhang, J.; Li, X.; Ye, J.; Chen, F.; Taipale, J.; Chan, K. M.; Zhang, L.; Yan, J. Nat. Methods 2020, 17, 685. |
| [48] | Han, S.; Zhao, B. S.; Myers, S. A.; Carr, S. A.; He, C.; Ting, A. Y. Proc. Natl. Acad. Sci. 2020, 117, 22068. |
| [49] | He, C.; Sidoli, S.; Warneford-Thomson, R.; Tatomer, D. C.; Wilusz, J. E.; Garcia, B. A.; Bonasio, R. Mol. Cell 2016, 64, 416. |
| [50] | Bao, X.; Guo, X.; Yin, M.; Tariq, M.; Lai, Y.; Kanwal, S.; Zhou, J.; Li, N.; Lv, Y.; Pulido-Quetglas, C.; Wang, X.; Ji, L.; Khan, M. J.; Zhu, X.; Luo, Z.; Shao, C.; Lim, D.-H.; Liu, X.; Li, N.; Wang, W.; He, M.; Liu, Y.-L.; Ward, C.; Wang, T.; Zhang, G.; Wang, D.; Yang, J.; Chen, Y.; Zhang, C.; Jauch, R.; Yang, Y.-G.; Wang, Y.; Qin, B.; Anko, M.-L.; Hutchins, A. P.; Sun, H.; Wang, H.; Fu, X.-D.; Zhang, B.; Esteban, M. A. Nat. Methods 2018, 15, 213. |
| [51] | Huang, R.; Han, M.; Meng, L.; Chen, X. Proc. Natl. Acad. Sci. 2018, 115, E3879. |
| [52] | Rio, D. C.; Ares, M. Jr.; Hannon, G. J.; Nilsen, T. W. Cold Spring Harb Protoc. 2010, 2010, pdb. prot5439. |
| [53] | Trendel, J.; Schwarzl, T.; Horos, R.; Prakash, A.; Bateman, A.; Hentze, M. W.; Krijgsveld, J. Cell 2019, 176, 391. |
| [54] | Queiroz, R. M. L.; Smith, T.; Villanueva, E.; Marti-Solano, M.; Monti, M.; Pizzinga, M.; Mirea, D.-M.; Ramakrishna, M.; Harvey, R. F.; Dezi, V.; Thomas, G. H.; Willis, A. E.; Lilley, K. S. Nat. Biotechnol. 2019, 37, 169. |
| [55] | Urdaneta, E. C.; Vieira-Vieira, C. H.; Hick, T.; Wessels, H.-H.; Figini, D.; Moschall, R.; Medenbach, J.; Ohler, U.; Granneman, S.; Selbach, M.; Beckmann, B. M. Nat. Commun. 2019, 10, 990. |
| [56] | Luo, H.; Tang, W.; Liu, H.; Zeng, X.; Ngai, W. S. C.; Gao, R.; Li, H.; Li, R.; Zheng, H.; Guo, J.; Qin, F.; Wang, G.; Li, K.; Fan, X.; Zou, P.; Chen, P. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202202008. |
| [57] | Di Mascio, P.; Martinez, G. R.; Miyamoto, S.; Ronsein, G. E.; Medeiros, M. H. G.; Cadet, J. Chem. Rev. 2019, 119, 2043. |
| [58] | Op de Beeck, M.; Madder, A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 796. |
| [59] | Hentze, M. W.; Castello, A.; Schwarzl, T.; Preiss, T. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2018, 19, 327. |
| [60] | Bono, F.; Ebert, J.; Lorentzen, E.; Conti, E. Cell 2006, 126, 713. |
| [61] | Gerstberger, S.; Hafner, M.; Tuschl, T. Nat. Rev. Genet. 2014, 15, 829. |
| [62] | Brannan, K. W.; Jin, W.; Huelga, S. C.; Banks, C. A. S.; Gilmore, J. M.; Florens, L.; Washburn, M. P.; Van Nostrand, E. L.; Pratt, G. A.; Schwinn, M. K.; Daniels, D. L.; Yeo, G. W. Mol. Cell 2016, 64, 282. |
| [63] | Benoit Bouvrette, L. P.; Wang, X.; Boulais, J.; Kong, J.; Syed, E. U.; Blue, S. M.; Zhan, L.; Olson, S.; Stanton, R.; Wei, X.; Yee, B.; Van Nostrand, E. L.; Fu, X.-D.; Burge, C. B.; Graveley, B. R.; Yeo, G. W.; Lécuyer, E. Nucleic Acids Res. 2023, 51, D1549. |
| [64] | Fazal, F. M.; Han, S.; Parker, K. R.; Kaewsapsak, P.; Xu, J.; Boettiger, A. N.; Chang, H. Y.; Ting, A. Y. Cell 2019, 178, 473. |
| [65] | Backlund, M.; Kulozik, A. E. In The Integrated Stress Response: Methods and Protocols, Eds.: Matěj?, D.; Chao, J. A., Springer US, New York, NY, 2022, pp. 291-304. |
| [66] | Qin, W.; Myers, S. A.; Carey, D. K.; Carr, S. A.; Ting, A. Y. Nat. Commun. 2021, 12, 4980. |
| [67] | Ivanov, P.; Kedersha, N.; Anderson, P. Cold Spring Harbor Perspect. Biol. 2019, 11, a032813. |
| [68] | Sternburg, E. L.; Gruijs da Silva, L. A.; Dormann, D. Trends Biochem. Sci. 2022, 47, 6. |
| [69] | Vance, C.; Rogelj, B.; Hortobágyi, T.; De Vos, K. J.; Nishimura, A. L.; Sreedharan, J.; Hu, X.; Smith, B.; Ruddy, D.; Wright, P.; Ganesalingam, J.; Williams, K. L.; Tripathi, V.; Al-Saraj, S.; Al-Chalabi, A.; Leigh, P. N.; Blair, I. P.; Nicholson, G.; de Belleroche, J.; Gallo, J.-M.; Miller, C. C.; Shaw, C. E. Science 2009, 323, 1208. |
| [70] | Neumann, M.; Rademakers, R.; Roeber, S.; Baker, M.; Kretzschmar, H. A.; Mackenzie, I. R. A. Brain 2009, 132, 2922. |
| [71] | Neumann, M.; Sampathu, D. M.; Kwong, L. K.; Truax, A. C.; Micsenyi, M. C.; Chou, T. T.; Bruce, J.; Schuck, T.; Grossman, M.; Clark, C. M.; McCluskey, L. F.; Miller, B. L.; Masliah, E.; Mackenzie, I. R.; Feldman, H.; Feiden, W.; Kretzschmar, H. A.; Trojanowski, J. Q.; Lee, V. M. Y. Science 2006, 314, 130. |
| [72] | Monahan, Z.; Ryan, V. H.; Janke, A. M.; Burke, K. A.; Rhoads, S. N.; Zerze, G. H.; O'Meally, R.; Dignon, G. L.; Conicella, A. E.; Zheng, W.; Best, R. B.; Cole, R. N.; Mittal, J.; Shewmaker, F.; Fawzi, N. L. EMBO J. 2017, 36, 2951. |
| [73] | Arenas, A.; Chen, J.; Kuang, L.; Barnett, K. R.; Kasarskis, E. J.; Gal, J.; Zhu, H. Hum. Mol. Genet. 2020, 29, 2684. |
| [74] | Zhao, M.-J.; Yao, X.; Wei, P.; Zhao, C.; Cheng, M.; Zhang, D.; Xue, W.; He, W.-T.; Xue, W.; Zuo, X.; Jiang, L.-L.; Luo, Z.; Song, J.; Shu, W.-J.; Yuan, H.-Y.; Liang, Y.; Sun, H.; Zhou, Y.; Zhou, Y.; Zheng, L.; Hu, H.-Y.; Wang, J.; Du, H.-N. EMBO Rep. 2021, 22, e51649. |
| [75] | Duan, Y.; Du, A.; Gu, J.; Duan, G.; Wang, C.; Gui, X.; Ma, Z.; Qian, B.; Deng, X.; Zhang, K.; Sun, L.; Tian, K.; Zhang, Y.; Jiang, H.; Liu, C.; Fang, Y. Cell Res. 2019, 29, 233. |
| [76] | Dressano, K.; Weckwerth, P. R.; Poretsky, E.; Takahashi, Y.; Villarreal, C.; Shen, Z.; Schroeder, J. I.; Briggs, S. P.; Huffaker, A. Nat. Plants 2020, 6, 1008. |
| [77] | England, W. E.; Wang, J.; Chen, S.; Baldi, P.; Flynn, R. A.; Spitale, R. C. Nucleic Acids Res. 2022, 50, 4329. |
| [78] | Bellare, P.; Small, E. C.; Huang, X.; Wohlschlegel, J. A.; Staley, J. P.; Sontheimer, E. J. Nat. Struct. Mol. Biol. 2008, 15, 444. |
| [79] | Dziuba, D.; Hoffmann, J.-E.; Hentze, M. W.; Schultz, C. ChemBioChem 2020, 21, 88. |
| [80] | Weidmann, C. A.; Mustoe, A. M.; Jariwala, P. B.; Calabrese, J. M.; Weeks, K. M. Nat. Biotechnol. 2021, 39, 347. |
/
| 〈 |
|
〉 |
