Эпігенетыка ў рэжыме рэальнага часу: раскрыццё мадыфікацый РНК з дапамогай прамога секвенавання нанапор
Каб цалкам зразумець функцыі клетак, развіццё і прагрэсаванне захворванняў, мы павінны выйсці за рамкі самой паслядоўнасці ДНК і вывучыць дадатковыя пласты біялагічнай інфармацыі, якія рэгулююць актыўнасць генаў: эпігеном і эпітранскрыптом.
Традыцыйна, выяўленне эпігенетычных і эпітранскрыптомных мадыфікацый, такіх як 5-метылцытазін (5mC), 5-гідраксіметылцытазін (5hmC) або N6-метыладэназін (m6A), патрабавала хімічнай апрацоўкі, напрыклад, бісульфітнай канверсіі або ўзбагачэння на аснове антыцелаў. Гэтыя метады могуць пагаршаць якасць узораў, прыводзіць да зрушэння, не дазваляць прамога разрознення адной малекулы або губляць важны кантэкст доўгатэрміновай паслядоўнасці.
Дзякуючы непасрэднаму счытванню натыўных, неампліфікаваных малекул ДНК і РНК, кампанія Oxford Nanopore Technologies (ONT) змяніла спосаб выяўлення і аналізу нуклеатыдных мадыфікацый у рэжыме рэальнага часу.
Малюнак 1.Прамое секвенаванне нанапор для выяўлення эпігенетычных і эпітранскрыптомных мадыфікацый.
Асноўныя сферы прымянення эпігенетычнага секвенавання з нанапорамі
Здольнасць секвенаваць доўгія, натыўныя малекулы нуклеінавых кіслот адкрыла новыя магчымасці ў біялагічных даследаваннях.
1. Фазавае выяўленне 5mC і 5hmC у геноміцы раку
Геномы раку часта характарызуюцца глабальнай гіпаметыляцыяй разам з гіперметыляцыяй спецыфічных генаў-супрэсараў пухлін. Паколькі секвенаванне нанапор можа генераваць звышдоўгія счытванні ДНК даўжынёй ад дзясяткаў да соцень кілабаз, можна картаграфаваць мадыфікацыі 5mC і 5hmC паміж паўтаральнымі элементамі, прамотарамі і энхансерамі.
Акрамя таго, доўгія чытанні дазваляюць праводзіць фазаванне гаплатыпаў, дапамагаючы вызначыць, які бацькоўскі алель нясе пэўныя эпігенетычныя мадыфікацыі.
2. Прамое секвенаванне РНК (dRNA-seq) і эпітранскрыптом
мРНК змяшчае больш за сто розных посттранскрыпцыйных мадыфікацый, сярод якіх m6A з'яўляецца адной з найбольш распаўсюджаных. Традыцыйнае секвенаванне РНК пераўтварае РНК у кДНК, працэс, які выдаляе мадыфікацыі натыўнай РНК.
Прамое секвенаванне РНК з дапамогай нанапор цалкам абыходзіць сінтэз кДНК, што дазваляе аналізаваць мадыфікацыі РНК, даўжыню полі(А)-хваста і альтэрнатыўныя падзеі сплайсінгу ў той жа натыўнай малекуле РНК.
Біяінфарматычны канвеер: праграмнае забеспячэнне для эпігенетычнага аналізу
Пераўтварэнне неапрацаваных сігналаў іённага току ў базавыя выклікі і станы мадыфікацыі патрабуе складаных вылічальных інструментаў.
Базавы выклік і пачатковая апрацоўка
Дорада / ГупіРаспрацаваныя Oxford Nanopore, гэта стандартныя інструменты для пошуку базавых слаёў. Бягучыя версіі выкарыстоўваюць глыбокія нейронныя сеткі, у тым ліку рэактыўныя нейронныя сеткі (RNN) і мадэлі на аснове Transformer, навучаныя на наборах дадзеных мадыфікаваных і немадыфікаваных кантрольных нуклеінавых кіслот, для выканання пошуку базавых слаёў і выяўлення распаўсюджаных мадыфікацый, такіх як 5mC, 5hmC і m6A.
Выдзеленыя выклікальнікі метылявання
Для высокадакладнага выяўлення, якое выходзіць за рамкі стандартных вывадаў базавых сігналаў, шырока выкарыстоўваецца некалькі інструментаў з адкрытым зыходным кодам:
Мегаподал / НанапаліроўкаГэтыя інструменты параўноўваюць назіраныя сігналы неапрацаванага іённага току з эталонным геномам для выяўлення сігналаў метылявання ДНК, у тым ліку мадыфікацый 5mC.
DeepSignal / DeepModГэтыя інструменты выкарыстоўваюць мадэлі глыбокага навучання, такія як сеткі Bi-LSTM або згортачныя нейронныя сеткі, для вылучэння прыкмет з неапрацаваных сігналаў і прагназавання станаў мадыфікацыі з дазволам аднаго нуклеатыда.
Праграмнае забеспячэнне для прамой мадыфікацыі РНК
m6AnetСпецыялізаваны інструмент глыбокага навучання, прызначаны для выяўлення мадыфікацый m6A з дадзеных прамога секвенавання РНК Nanopore.
EpiTools / NanocomporeГэтыя пакеты падтрымліваюць параўнальны аналіз сігналаў прамога току РНК у розных біялагічных умовах, такіх як узоры дзікага тыпу і ўзоры з накаўтам, для ідэнтыфікацыі дыферэнцыяльных сайтаў мадыфікацыі РНК.
Выснова
Прамое секвенаванне з дапамогай нанапор кардынальна змяніла вывучэнне эпігенетыкі і эпітранскрыптомікі. Зніжаючы зрушэнне і пашкоджанне ўзору, звязаныя з хімічным пераўтварэннем, зваротнай транскрыпцыяй і ПЦР-ампліфікацыяй, яно забяспечвае больш прамое ўяўленне аб натыўных малекулах ДНК і РНК.
Ці плануеце вы будучы праект па эпігеноміцы або транскрыптоміцы? Звяжыцеся з нашай камандай у BMKGENE, каб даведацца, як нашы паслугі прамога секвенавання ONT могуць паскорыць вашы біялагічныя адкрыцці.
Спасылкі
Лежэ, А., Амарал, П.П., Пандольфіні, Л., Капітанчык, К., Капрара, Ф., Міяна, В., Мільёры, В., Тулан-Кер, П., Сідэры, Т., Энрайт, AJ, Целепіс, К., ван Вервен, Ф.Дж., Ласкомб, Н.М., Барб'еры, І., Уле, Дж., Фіцджэральд, Т., Бірні, Э., Леанардзі, Т., і Кузарыдэс, Т. Выяўленне мадыфікацый РНК шляхам параўнальнага прамога секвенирования РНК у Nanopore.Прырода Камунікацыі 12, 7198 (2021). doi:10.1038/s41467-021-27393-3
Ву, З., Лі, Дж., Ся, Р., Дай, Дж., Су, Дж., Мэн, Дж. і Чжан, Ю. Прамое секвенаванне РНК з дапамогай нанапор для аналізу мадыфікацыі РНК: ацэнка працоўнага працэсу і бенчмаркінг вылічальных інструментаў.Перадавыя біятэхналогіі 4, 9 (2026). doi:10.1007/s44307-025-00093-5
Час публікацыі: 09 ліпеня 2026 г.
