Polysome profiling技术中翻译效率（TE）的不同表征方法 |
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Polysome profiling技术中翻译效率（TE）的不同表征方法
~~前面推文中，已对不同的翻译组学技术表征TE的方式做过简介~~
最近有宝子在咨询小编，经典翻译组学技术Polysome profiling及后续测序中表征样品或特定基因的翻译活性或翻译效率的方法主要有哪些。
~~走，上干货~~
（一）
方式一：Polysome/non-Polysome ratio（P/NP）
TDP-43是神经退行性疾病(如额颞叶痴呆(FTD)和肌萎缩侧索硬化症(ALS))中观察到的细胞质内含物的主要成分。研究者根据体外和体内结果提出：细胞质TDP-43减少了全局翻译，并可能导致ALS/FTD中观察到的功能/细胞毒性作用。
对照或TDP-43-ΔNLS小鼠皮质匀浆的多聚核糖体谱显示，转基因小鼠的游离核糖核蛋白(RNP)部分(低密度)增加，高密度翻译活性部分(多聚体)减少(图2D)。 对Polysome和non-Polysome部分的AUC比值显示：转基因组的曲线下面积显著减少，表明胞质TDP-43的表达，体内皮质整体蛋白合成减少。
（二）
方式二：Polysome/Monosome ratio (P/M)
S6激酶(S6Ks)是雷帕霉素底物参与细胞生长控制的机制靶点。S6Ks可磷酸化核糖体蛋白S6 (rpS6)和其他参与翻译机制的蛋白。本研究通过比较小鼠肝脏总RNA和Polysome-RNA，分析了S6K依赖性基因表达的转录和翻译调控。
研究者对饥饿或再喂养4小时后的野生型和S6K1;S6K2−/−小鼠的肝脏进行Polysome profiling分析。通过对40S-60S-80S和Polysome峰的相对丰度测定，发现与饥饿对照相比，复食后Polysome/40S-60S-80S比值增加。
（三）
方式三：Polysome/80S ratio
本研究报道了神经元RNA结合蛋白HuD可增强翻译。小的非编码RNA Y3是HuD的分子海绵，限制了其募集到多聚核糖体和神经元分化。这些发现揭示了mTORC1途径的另一种翻译控制途径，可通过非编码RNA进行调节。
~~ Polysome-seq中TE有哪些比较方法？？~~
（一）
方式一：Polysome-seq vs non-Polysome-seq
APA是真核基因转录中的一种广泛存在的现象。可产生具有不同3'UTR长度的mRNA异构体。3'UTRs通过对mRNA稳定性、翻译效率和亚细胞定位的影响，在基因调控网络中发挥重要作用。
关于心脏纤维化过程中促纤维化基因翻译控制的关键因素和分子机制是不清楚的。本研究探讨了双功能氨酰-RNA合成酶(ARS)、谷氨酰-脯氨酸- tRNA合成酶(EPRS)在心脏纤维化的翻译控制中的作用。
（二）
方式二：Polysome-seq vs Monosome-seq
将mRNA装载到核糖体43S预起始复合物(PIC)上及其随后的扫描，需要RNA解旋酶(如eIF4A)协助去除其二级结构。本研究提出了48S-PIC扫描的拓扑和功能模型，发现了48S-PIC的ES6S区域构成了一个扩展的结合通道，用于eIF4A介导的mRNA解旋和扫描。
方式三：Polysome-seq vs Total RNA-seq
本研究发现，水稻通过假尿嘧啶合成酶(OsPUS1)介导叶绿体rRNA发生假尿嘧啶(Ψ)修饰，此过程有助于提高水稻幼苗期的耐寒性。
参考文献： Charif SE, Luchelli L, Vila A, Blaustein M, Igaz LM. Cytoplasmic Expression of the ALS/FTD-Related Protein TDP-43 Decreases Global Translation Both in vitro and in vivo. Front Cell Neurosci. 2020 Dec 8;14:594561. doi: 10.3389/fncel.2020.594561. PMID: 33363456; PMCID: PMC7752804. Chauvin C, Koka V, Nouschi A, Mieulet V, Hoareau-Aveilla C, Dreazen A, Cagnard N, Carpentier W, Kiss T, Meyuhas O, Pende M. Ribosomal protein S6 kinase activity controls the ribosome biogenesis transcriptional program. Oncogene. 2014 Jan 23;33(4):474-83. doi: 10.1038/onc.2012.606. Epub 2013 Jan 14. PMID: 23318442. Tebaldi T, Zuccotti P, Peroni D, Köhn M, Gasperini L, Potrich V, Bonazza V, Dudnakova T, Rossi A, Sanguinetti G, Conti L, Macchi P, D'Agostino V, Viero G, Tollervey D, Hüttelmaier S, Quattrone A. HuD Is a Neural Translation Enhancer Acting on mTORC1-Responsive Genes and Counteracted by the Y3 Small Non-coding RNA. Mol Cell. 2018 Jul 19;71(2):256-270.e10. doi: 10.1016/j.molcel.2018.06.032. PMID: 30029004; PMCID: PMC6060611. Fu Y, Chen L, Chen C, Ge Y, Kang M, Song Z, Li J, Feng Y, Huo Z, He G, Hou M, Chen S, Xu A. Crosstalk between alternative polyadenylation and miRNAs in the regulation of protein translational efficiency. Genome Res. 2018 Nov;28(11):1656-1663. doi: 10.1101/gr.231506.117. Epub 2018 Sep 18. PMID: 30228199; PMCID: PMC6211650. Wu J, Subbaiah KCV, Xie LH, Jiang F, Khor ES, Mickelsen D, Myers JR, Tang WHW, Yao P. Glutamyl-Prolyl-tRNA Synthetase Regulates Proline-Rich Pro-Fibrotic Protein Synthesis During Cardiac Fibrosis. Circ Res. 2020 Aug 28;127(6):827-846. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.119.315999. Epub 2020 Jul 1. PMID: 32611237; PMCID: PMC7484271. Díaz-López I, Toribio R, Berlanga JJ, Ventoso I. An mRNA-binding channel in the ES6S region of the translation 48S-PIC promotes RNA unwinding and scanning. Elife. 2019 Dec 2;8:e48246. doi: 10.7554/eLife.48246. PMID: 31789591; PMCID: PMC6887119. Wang Z, Sun J, Zu X, Gong J, Deng H, Hang R, Zhang X, Liu C, Deng X, Luo L, Wei X, Song X, Cao X. Pseudouridylation of chloroplast ribosomal RNA contributes to low temperature acclimation in rice. New Phytol. 2022 Dec;236(5):1708-1720. doi: 10.1111/nph.18479. Epub 2022 Sep 30. PMID: 36093745. 欢迎致电了解详情或咨询! 广州卿泽生物科技有限公司 地址：广州市黄埔区伴河路96号一栋三层321房 电话:18925086102(微信同号) |
本研究中，NSC-34细胞的整体翻译效率(TE)计算方法：Polysome与非翻译80S核糖体的AUC之比。如上图所示，HuD过表达显著增加了NSC-34细胞的整体TE。相反，HuD沉默则导致整体TE降低。
研究人员结合APA测序和Polysome分析，观察到3'UTRs较短的mRNA亚型在6个细胞系中与多聚体结合较多，而在NIH3T3细胞中不与多聚体结合，这一现象说明将3’UTRs转变为较短的亚型可能导致较高的基因翻译效率。
研究者用低剂量Halo (100 nM)处理成纤维细胞，并与对照同时进行RNA-Seq(转录组分析)和Polysome-seq(翻译组分析)。根据其在稳态RNA水平上的变化以及翻译效率，TE定义为多聚体部分（Heavy Polysome or Light Polysome）与非多聚体部分(non-Polysome)之间的比率，然后再结合转录水平，将差异调节基因以四象限图展示(区域1-4)。
研究者采用靶向18S rRNA的特异性寡核苷酸oligo 4，并在其5 '端偶联VIC荧光团来阻断ES6S。为了测试VIC-oligo 4对全基因组mRNA翻译的影响，在HEK293T细胞中进行了Polysome profiling分析。其中，P/M比率代表了给定mRNA的翻译效率(TE)。
研究者对低温生长的9311和ospus1-1幼苗进行了总RNA-seq (RS)和多聚体结合RNA-seq (PS)分析，结果表明，OsPUS1通过平衡与生长发育相关的基因表达，以及参与细胞对应激或刺激反应的基因，有助于低温下转录组和翻译组的稳态。
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