■記者 張瀟

知名國際期刊Nature Methods 雜志，日前在線發(fā)表嚴健、張亮、陳居明教授帶領(lǐng)的西北大學與香港城市大學聯(lián)合研究團隊的重要研究成果——“利用簇狀規(guī)則間隔的短回文重復結(jié)構(gòu)檢測活體細胞內(nèi)核糖核酸與蛋白質(zhì)相互作用”。

該團隊經(jīng)過一年多的努力，成功開發(fā)了一種檢測活細胞內(nèi)核糖核酸與蛋白質(zhì)相互作用的新技術(shù)，并取名為CARPID，助力非編碼核糖核酸研究。該方法具有廣泛的應(yīng)用前景，包括尋找在腫瘤發(fā)生過程中具有重要作用的核糖核酸結(jié)合蛋白，以及用于發(fā)現(xiàn)新冠病毒核糖核酸基因組侵入人體細胞后的重要結(jié)合蛋白，這些蛋白分子或許可以作為治療相關(guān)疾病的藥物靶點等。

病毒如何復制？

如何找到“暗物質(zhì)”？

那么，新技術(shù)如何能夠用于發(fā)現(xiàn)新冠病毒核糖核酸基因組侵入人體細胞后的重要結(jié)合蛋白？藥物靶點又是什么意思呢？

嚴健說，新冠病毒是一種單鏈核糖核酸病毒，即它的遺傳物質(zhì)是一條具有29903個堿基序列的核糖核酸分子。在新冠病毒感染人體細胞之后，它會把核糖核酸釋放進入宿主細胞，然后這條病毒的核糖核酸分子會利用人體細胞自身合成蛋白質(zhì)的氨基酸、合成酶（酶是一大類具有催化活性的蛋白質(zhì)）等材料，來幫助它完成病毒的復制、組裝。簡單點講，新冠病毒（也包括其他所有病毒）自己在環(huán)境中是不能復制的，必須通過感染宿主細胞，然后通過“掠奪”“奴役”宿主細胞的蛋白質(zhì)“制造工廠”來完成自身復制，其后等細胞疲勞殆盡后殺死細胞，再以同樣的方式入侵下一個宿主細胞。所以，如果能找到它們在細胞中究竟“掠奪”了哪些人體細胞的蛋白質(zhì)，那么就有希望通過藥物控制這些蛋白質(zhì)的數(shù)量或者功能，從而抑制新冠病毒的復制。

至于什么是非編碼核糖核酸？嚴健說，長鏈非編碼核糖核酸被認為是基因組中的主要“暗物質(zhì)”。越來越多研究表明，這些核糖核酸分子可能參與細胞內(nèi)一系列重要的生理活動，與腫瘤發(fā)生發(fā)展也有著密切關(guān)系。基因突變引起腫瘤的發(fā)生。突變一方面可能會改變相關(guān)蛋白質(zhì)的序列和功能，另外一方面可能僅僅是改變了蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的數(shù)量。而蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的數(shù)量，主要受到基因轉(zhuǎn)錄水平影響。細胞的轉(zhuǎn)錄活性受到嚴格、精密、復雜的調(diào)控。長非編碼核糖核酸在細胞中的位置、含量的多少、相互作用的蛋白質(zhì)成分，都可能直接影響它們發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用。

目前研究已經(jīng)顯示，長非編碼核糖核酸可以調(diào)節(jié)細胞的凋亡、腫瘤細胞的遷移以及腫瘤生長速度等等。例如，有證據(jù)顯示，在腫瘤細胞中，想辦法降低長非編碼的量可讓腫瘤細胞的黏附性增強、遷移性減弱，一定程度可以抑制惡性發(fā)生速度。 而要研究長鏈非編碼核糖核酸在一些重要生理活動以及人類疾病發(fā)生過程中的機理，那么了解這些“暗物質(zhì)”的結(jié)合蛋白究竟是什么，是其中的重要一步。

新方法科學發(fā)現(xiàn)意義重大

有望推動諸多疾病治療

相較于以往的方法，新方法的優(yōu)勢在于它不需要經(jīng)過預(yù)先的小分子或者高能紫外線的交聯(lián)，可以有效避免交聯(lián)所產(chǎn)生的系統(tǒng)性誤差，同時大大提高了方法的敏感性。將新方法應(yīng)用于已被廣泛研究的長非編碼核糖核酸 XIST（X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄本）上，團隊發(fā)現(xiàn)了很多之前未被揭示的XIST相互作用蛋白，“這能幫助我們更深入地了解一些和X染色體失活相關(guān)的遺傳病。”嚴健說，新方法除了發(fā)現(xiàn)了其他方法找到的一些蛋白質(zhì)，也進一步發(fā)現(xiàn)了一些其他方法沒有找到的蛋白質(zhì)。由此可見，新方法在檢測核糖核酸結(jié)合蛋白上具有更強的敏感性，能夠檢測到其他方法檢測不到的一些結(jié)合蛋白，這對于科學發(fā)現(xiàn)意義重大。

通過新技術(shù)，檢測活檢組織的長非編碼核糖核酸含量，在口腔癌患者、胃癌患者的臨床檢測中，均有推動作用。 嚴健說：“標記物越多，就意味著疾病能更早更準確的被發(fā)現(xiàn)，是用于診斷疾病的重要參考。簡單點說，如果生病了，我們就去查血象、查體液、糞便等，這些都是在通過檢測一些標志物來為醫(yī)生診斷作參考。而腫瘤也是如此，能夠在早期就準確判斷出腫瘤，對于治愈有著極大的作用，發(fā)現(xiàn)晚了治療難度就大多了。而如何在早期準確判斷出腫瘤發(fā)生呢，就需要有準確的標志物。所以，我們希望找到更多的標志物，能夠作為腫瘤診斷的參考，提高檢測的準確性。”

此外，新方法對于疫情解決有更好的推動作用。嚴健說，前面簡單介紹了新冠病毒進入人體之后掠奪人體的蛋白質(zhì)制造工廠或者其他蛋白質(zhì)為其復制提供便利。那么，通過找到這些被病毒核糖核酸掠奪的蛋白質(zhì)，就可以為治療提供一個靶點（即通過藥物控制這些蛋白的活性）。如果要篩選新藥來控制新冠病毒需要很長很長的時間來進行各種基礎(chǔ)和臨床實驗，而人體中很多蛋白質(zhì)其實已經(jīng)有一些在臨床廣泛應(yīng)用的靶向藥物了，它們的安全性非常清楚，如果發(fā)現(xiàn)新冠病毒需要掠奪這些蛋白正好是其中的一種，那么或許可以直接把治療其他疾病的藥物應(yīng)用于治療新冠病毒病。另外，如果發(fā)現(xiàn)新冠病毒掠奪的蛋白質(zhì)在某些器官中的表達量比較大，那么這些器官可能是受感染比較嚴重的，所以后期的治療需要更多地去關(guān)注這些部位。基礎(chǔ)科研的重要意義之一，就在于能夠幫助臨床醫(yī)學提供一些捷徑和新的思路。

該技術(shù)研究的提出，始于西北大學的嚴健教授；最初的實驗設(shè)計、CARPID表達載體元件的構(gòu)建、guide 核糖核酸的設(shè)計克隆，以及后期的基因組學分析都是由西北大學完成。香港城市大學主要在免疫沉淀、蛋白質(zhì)組學分析、XIST相關(guān)的生物功能驗證等方面作出貢獻。