8-氧鳥嘌呤是一種氧化修飾,*初在DNA中進(jìn)行氧化應(yīng)激相關(guān)致*分子表征時(shí)發(fā)現(xiàn),目前,它已被**用作活性氧(ROS)生物標(biāo)志物。ROS包括羥基自由基、超氧化物和過氧化氫(過氧化氫),作為有氧代謝(如線粒體中的細(xì)胞呼吸)的副產(chǎn)物不斷產(chǎn)生。ROS的濃度必須保持平衡,以維持一個(gè)正常的氧化還原狀態(tài),從而受到抗氧化途徑的積極控制。在氧化修飾中,核酸鳥嘌呤容易形成8-氧鳥嘌呤(8-oxo-7,8-二氫鳥嘌呤)。8-氧鳥嘌呤可以直接在DNA(8-oxo-dG)和RNA(O8G)水平產(chǎn)生,也可以在自由核苷酸水平(8-oxo-dGTP或O8GTP)產(chǎn)生,可以通過DNA復(fù)制或RNA轉(zhuǎn)錄合并。暴露于氧化應(yīng)激時(shí),RNA中的鳥嘌呤比DNA中的鳥嘌呤更容易產(chǎn)生O8G。目前關(guān)于8-氧鳥嘌呤的表觀遺傳和表位作用的研究越來越多。

文章鏈接:8-Oxoguanine: from oxidative damage to epigenetic and epitranscriptional modification

文章內(nèi)容 

1.  8-氧鳥嘌呤的配對(duì)方式

8-氧鳥嘌呤的關(guān)鍵特征是其順勢(shì)構(gòu)象與腺嘌呤堿基對(duì)發(fā)生Hoogsteen堿基配對(duì),而它的反式構(gòu)象仍然作為一個(gè)未氧化的鳥嘌呤與胞嘧啶配對(duì)(圖1a)。因此,8-oxo-dG導(dǎo)致鳥嘌呤向胸腺嘧啶轉(zhuǎn)位,導(dǎo)致突變發(fā)生(G > T,與C>A相同)。為了防止這種損傷,8-氧鳥嘌呤DNA糖基化酶(OGG1)通過堿基切除修復(fù)(BER)途徑識(shí)別、移除和修復(fù)8-oxo-dG10(圖1b)。除了遺傳信息的變化外,8-oxo-dG可以作為一種表觀遺傳標(biāo)記,影響啟動(dòng)子中的調(diào)節(jié)元件、CpG島的甲基化和分布。

2.DNA上發(fā)生的8-oxo-dG

8-oxo-dG具有高度的誘變性,它傾向于以syn順式構(gòu)象與腺嘌呤配對(duì)(圖1a),在DNA復(fù)制過程中導(dǎo)致鳥嘌呤-胸腺嘧啶突變(G > T,與C>a相同),DNA聚合酶β(pol β)以syn構(gòu)象容納8- oxo-dG模板,從而將腺嘌呤合并到復(fù)制鏈中(圖1b)。8-oxo-dG不*可以在DNA分子中形成,也可以在游離核苷酸中形成(圖1b),這些游離核苷酸特別容易受到氧化損傷(8-oxo-dGTP)。由于8-oxo-dGTP引起pol β活性位點(diǎn)的變化,它的協(xié)同構(gòu)象可以插入到相反的腺嘌呤中,避免被識(shí)別為受損,從而導(dǎo)致A>C的突變(與T>G相同),稱為聚合酶誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性(圖1b)。

圖1 8-氧鳥嘌呤的堿基配對(duì)、突變和DNA修復(fù)的特征 

3.  8-oxo-dg誘導(dǎo)的疾病轉(zhuǎn)錄突變

8-oxo-dG修飾不*能改變復(fù)制過程中的DNA信息(G > T轉(zhuǎn)位),還能介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄突變,調(diào)控遺傳信息。盡管RNA聚合酶具有高保真度,但模板鏈中的8-oxo-dG可以直接轉(zhuǎn)錄,由于8-oxo-dG-A堿基配對(duì),導(dǎo)致mRNA中的C > A轉(zhuǎn)位,并且位于編碼序列中的8-oxo-dG導(dǎo)致錯(cuò)誤蛋白的翻譯(圖2a),這些蛋白經(jīng)過不增殖的細(xì)胞而不進(jìn)行DNA復(fù)制。8-oxo-dG及其修復(fù)中間體(如AP位點(diǎn))可以通過影響轉(zhuǎn)錄元件的完整性來影響基因的表達(dá)(圖2b),即使是位于編碼基因非轉(zhuǎn)錄DNA鏈的,它也會(huì)通過轉(zhuǎn)錄中的調(diào)節(jié)元件抑制轉(zhuǎn)錄。

4.   8-氧鳥嘌呤轉(zhuǎn)錄調(diào)控的表觀遺傳作用

8-oxo-dG修飾不*損害DNA信息,而且作為一種表觀遺傳標(biāo)記,與其修復(fù)中間體一起介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。除了G-四聯(lián)體外,NF-kB轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)與8-oxo-dG與OGG1相互作用,促進(jìn)轉(zhuǎn)錄**(圖2c)。8-oxo-dG與組蛋白去甲基化相關(guān),其中DNA氧化由去甲基化反應(yīng)中產(chǎn)生的局部ROS誘導(dǎo),隨后與OGG1結(jié)合,介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)控(圖2d),對(duì)于DNA胞嘧啶甲基化(5-甲基胞嘧啶,5mC),8-oxo-dG降低了與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)的結(jié)合親和力,從而抑制了CpG島的甲基化(圖2e),并且在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的DNA去甲基化過程中,OGG1在識(shí)別8-oxo-dG損傷和招募TET1方面發(fā)揮了重要作用,TET1可以將鄰近的5mC氧化為5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)使DNA發(fā)生去甲基化(圖2e)。

圖2 8-oxo-dG的表觀遺傳作用 

5. RNA中的8-氧鳥嘌呤

對(duì)8-oxo-dG的研究相比,對(duì)O8G的研究較少,其修復(fù)機(jī)制和調(diào)控功能尚不清楚。雖然DNA和RNA都能與ROS發(fā)生反應(yīng),但RNA的獨(dú)特特性使其容易被氧化。RNA氧化可嚴(yán)重導(dǎo)致編碼和非編碼RNA的功能障礙和調(diào)節(jié),這與氧化作用下的病理生理后果有關(guān)。因此,O8G不*參與氧化損傷,而且作為一種表轉(zhuǎn)錄修飾。

文章提出細(xì)胞質(zhì)RNA的氧化修飾,可能包括mRNA、rRNA、tRNA和miRNA,均已被提出在氧化還原相關(guān)的疾病表型中發(fā)揮作用。mRNA中的O8G會(huì)惡化密碼子-反密碼子的相互作用,抑制翻譯,并且會(huì)降低了遺傳信息的質(zhì)量,導(dǎo)致核糖體停滯,并通過改變堿基配對(duì)(O8G-A)合成受損的蛋白質(zhì)。此外,mRNA中的O8G對(duì)其編碼能力非常有害,因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致核糖體停滯,隨后產(chǎn)生流產(chǎn)蛋白(圖3A),從而增加細(xì)胞毒性,惡化核糖體穩(wěn)態(tài),組織核糖體**no-go衰變(NGD)(圖3b)。O8G能直接被核糖核酸降解酶(PNPase和APE1)和RBPs(YB-1和AUF1)識(shí)別,作為核糖體**的mRNA質(zhì)量控制的一部分,但O8G可以作為一種表轉(zhuǎn)錄修飾,標(biāo)記轉(zhuǎn)錄后基因抑制的選擇性mRNA降解(圖3c)。

6.信號(hào)通路的調(diào)節(jié)

PCBP1只通過其兩個(gè)與RNA結(jié)合的KH結(jié)構(gòu)域結(jié)合嚴(yán)重氧化的RNA,并不會(huì)使靶mRNA不穩(wěn)定,而是**導(dǎo)致凋亡細(xì)胞死亡的信號(hào)通路(圖3d)。在沒有PCBP1的情況下,caspase-3**和PARP裂解減少。作者認(rèn)為PCBP1與過量的O8Gs結(jié)合可啟動(dòng)一個(gè)損傷信號(hào)通路,導(dǎo)致氧化應(yīng)激下的細(xì)胞凋亡。相反,即使PCBP2結(jié)合了嚴(yán)重氧化的O8G-RNA,PCBP2也抑制了ROS介導(dǎo)的細(xì)胞死亡(圖3d)。此外,在氧化應(yīng)激過程中,游離O8GTP濃度的增加可以調(diào)節(jié)小G蛋白的活性(圖3d)。在一定條件下,O8G通過O8G-RNA或游離的O8GTP調(diào)節(jié)多種信號(hào)通路,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,抑制炎癥反應(yīng)。目前,O8G在調(diào)節(jié)信號(hào)通路中的具體作用和機(jī)制也有待進(jìn)一步研究。

7.翻譯抑制

在H2O2處理后的大腸桿菌中,rRNA中的O8G**增加,而rRNA和tRNA的折疊結(jié)構(gòu)在體外對(duì)其氧化沒有保護(hù)作用。在AD患者的大腦中,核糖體功能障礙與作為早期事件的RNA氧化增加有關(guān),導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成的速率和能力下降。表明如果翻譯機(jī)制中產(chǎn)生O8G修飾,整體翻譯水平立即下降(圖3e)。此外,tRNA在氧化應(yīng)激反應(yīng)中經(jīng)歷特異性的切割,導(dǎo)致功能性tRNA池的下調(diào),從而限制翻譯延伸過程�？紤]到細(xì)胞中大部分RNA由rRNA和tRNA組成,O8G修飾的總體方向是抑制整體翻譯,其程度依賴于細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)(圖3e)。

8.非編碼RNA的調(diào)控

根據(jù)其靶點(diǎn)的功能,miRNA具有不同的病理生理作用。因此,種子序列的任何改變都可以改變不同的靶轉(zhuǎn)錄本組,導(dǎo)致miRNA介導(dǎo)的功能的重定向(圖3f)。一般來說,核糖體的氧化抑制了它們的活性,但活性位點(diǎn)的特定位置的氧化促進(jìn)了翻譯(圖3f),此外,氧化應(yīng)激已被證明可以通過特定的酶(如人類中的血管生成素200,酵母中的Rny1)誘導(dǎo)tRNA裂解,從而賦予特定的調(diào)控和功能,而不**是作為氧化損傷的副產(chǎn)物(圖3f)。同時(shí),作者也表明通過開發(fā)O8G測(cè)序方法(o8 G- miSeq)可以精確鑒定了心臟miRNA中的O8G修飾,并通過分析cDNA中O8G > T突變?cè)趩魏塑账岱直媛噬洗_定O8G位置。

圖3 O8G的轉(zhuǎn)錄作用 

總  結(jié) 

RNA中的O8G會(huì)導(dǎo)致異常質(zhì)量和蛋白翻譯的保真度問題,從而受到RNA衰減途徑的影響。除氧化損傷外,8-oxo-dG也是一種表觀遺傳修飾,可影響轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件和其他表觀遺傳修飾。

云序生物O8G RNA氧化修飾測(cè)序總結(jié) 

技術(shù)原理

為了系統(tǒng)性揭示RNAO8G氧化修飾,云序生物提供了成熟的RNA O8G氧化修飾測(cè)序服務(wù)。技術(shù)原理如下:將RNA O8G氧化特異性抗體與被隨機(jī)打斷的RN**段進(jìn)行共孵育,抓取有O8G氧化修飾的片段進(jìn)行測(cè)序;同時(shí)需要平行測(cè)序一個(gè)對(duì)照(Input)樣本,對(duì)照樣本為未進(jìn)行IP反應(yīng)的RN**段。對(duì)照樣本用于消除非特異性抓取O8G氧化片段的背景。對(duì)比免疫共沉淀IP樣本和Input樣本中的序列片段,將O8G氧化修飾位點(diǎn)定位到轉(zhuǎn)錄組上,并根據(jù)RNA-seq數(shù)據(jù),計(jì)算樣本中O8G氧化程度。

配合專業(yè)的生物信息學(xué)分析,云序生物可進(jìn)一步提供高精度的O8G氧化圖譜,幫助客戶揭示O8G氧化在生物學(xué)功能和潛在的作用機(jī)制。

云序特色

*全產(chǎn)品線:可針對(duì)性地檢測(cè)不同類型RNA分子的O8G氧化;

特異性高:特異性富集和檢測(cè)O8G氧化的 RN**段;

全轉(zhuǎn)錄組覆蓋:全轉(zhuǎn)錄組范圍的RNAO8G氧化檢測(cè);

全物種檢測(cè):可以檢測(cè)幾乎任何動(dòng)植物的O8G氧化;

專業(yè)化的生信分析:強(qiáng)大的生信團(tuán)隊(duì),專業(yè)的O8G氧化數(shù)據(jù)分析;

產(chǎn)品分類

O8G全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序:同時(shí)檢測(cè)O8G氧化的環(huán)狀RNA,LncRNA和mRNA;

O8G 環(huán)狀RNA測(cè)序:檢測(cè)O8G氧化的所有環(huán)狀RNA;

O8G LnRNA測(cè)序:同時(shí)檢測(cè)O8G氧化的LncRNA和mRNA;

O8G mRNA測(cè)序:檢測(cè)O8G氧化的所有mRNA;

數(shù)據(jù)分析 

云序生物服務(wù)優(yōu)勢(shì) 

優(yōu)勢(shì)一:云序累計(jì)支持客戶發(fā)表 100 + 篇RNA修飾SCI論文,合計(jì)影響因子 960  +

優(yōu)勢(shì)二:累計(jì)完成數(shù)千例 RNA甲基化測(cè)序樣本,覆蓋醫(yī)口、農(nóng)口等各類樣本。

優(yōu)勢(shì)三:可檢測(cè)mRNA和各類非編碼RNA(circRNA,lncRNA,Pri-miRNA等)。 

優(yōu)勢(shì)四:提供O8G-seq、MeRIP-qPCR驗(yàn)證、RIP和RNA pull-down等。 

優(yōu)勢(shì)五:超微量MeRIP測(cè)序,RNA量低至500ng起。

優(yōu)勢(shì)六:提供多種 RNA 修飾測(cè)序服務(wù),包含O8G、m6A、m6Am、m5C、m1A、m7G、m3C、ac4C乙酰化和2'-O-甲基化測(cè)序。

相關(guān)產(chǎn)品

o8G RNA氧化修飾測(cè)序 

m5C RNA甲基化測(cè)序 

m6A RNA甲基化測(cè)序 

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2’-O-RNA氧化測(cè)序 

ac4C乙�；瘻y(cè)序 

比色法/LC-MS檢測(cè)整體m6A甲基化水平 

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ChIP-seq 

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