金属有机框架材料富集小RNA和RNA-蛋白质复合物探究以及应用到RNA测序的研究

RNA has many biotypes, complex structures and important biological functions. The exploration of RNA has always been the direction of scientists in the field of chemistry and biomedicine. Especially in the field of regulation of gene expression by non-coding RNA and interaction between RNA and protein, little is known.. However, the bottleneck restricting the development of these two fields is the lack of efficient methods to enrich small RNA and RNA-protein complexes. Previous studies of the applicant have found that metal-organic frameworks (MOF) have high selective adsorption properties for nucleic acids. Based on this, we make use of the selective adsorption of RNA on the inner pore of MOF and apply it to the pre-processing step of RNA sequencing analysis to enrich small RNA or RNA-protein complexes. Combining with the second-generation sequencing technology, we try to establish the sequencing analysis method of small RNA, the interaction of all types of RNA and protein, and the site sequencing analysis method. This method provides technical support for the study of function and structure in the field of small RNA and RNA-protein interaction, and attempts to discover unknown low-abundance RNA and unknown RNA interacted with proteins.

RNA的种类繁多，结构复杂，功能重要，对它的探索一直是化学、生物医学领域的科学家的方向。尤其是非编码RNA对基因的表达调控以及RNA和蛋白之间的相互作用我们知之甚少。但是限制这两个领域发展的瓶颈在于，缺少富集小RNA和RNA-蛋白质复合物的高效方法。申请人之前的研究发现金属有机框架材料（MOF）对核酸具有高效的选择性吸附性能。基于此，我们充分利用MOF内孔对RNA的选择性吸附作用，将它应用到RNA测序分析的前处理步骤中，富集得到小RNA或者RNA-蛋白质复合物。结合二代测序技术，建立小RNA的测序分析方法和所有类型RNA和蛋白质相互作用以及位点测序分析方法。为小RNA和RNA-蛋白质相互作用的功能结构研究提供技术支持，并且尝试去发现未知的低丰度RNA和未知的与蛋白质相互租用的RNA.

RNA分子的二级结构对其生物学功能和细胞调节至关重要，RNA分子能够在不同的次级结构之间转换，动态变化使得难以捕捉到RNA的结构信息，特别是当大量和多种不同的二级结构RNA分子共存时。随着科学研究和工业对核酸全转录组结构测量的需求不断增加，开发分离富集多种复杂结构、大量样品处理的技术仍然具有挑战性。金属有机骨架（MOFs）是一类具有分子定域孔隙环境的多孔晶体材料，我们之前的研究证明MOFS对核酸分子具有很好的负载至孔道内部的能力，而且其可调控的孔径大小，使得其对不同尺寸和结构的分子具有选择性吸附和分离的潜力。. 本项目证实金属有机框架材料( MOFs) 根据核酸的大小、形状、长度和构象转换能力等方面对不同二级结构的核酸（DNA和RNA）进行选择性吸附，影响MOF选择性吸附不同二级结构核酸三个关键因素：1）空间位阻诱导的尺寸选择， 2）稳定性诱导的构象转换能选择，3）分子量选择。基于MOF材料对不同结构核酸的选择性吸附能力，我们测试发现在多种不同结构的存在复杂环境下，MOF材料选择性吸附没有结构或者稳定性差的结构，将有结构的核酸留在溶液中，成功的对有结构核酸进行了分离。此项技术可以获得核酸的二级结构信息，并且为二级结构核酸的分离富集提供了新的思路，为全基因组核酸结构测定的前处理提供有利方法。. 科学意义在于，MOFs已应用于小分子分离、储气、催化、成像、药物输送等领域，但其与生物大分子相互作用的研究尚处于起步阶段。本项目发现MOF材料对不同尺寸和结构的核酸生物大分子选择性吸附的规律，为MOF材料应用于生物大分子的分离提供理论依据。应用前景在于，此项技术能够从多个核酸的复杂混合物中选择性的分离具有柔性和不稳定二级结构的核酸，为分离富集不同结构核酸领域提供了一种新的思路和方法，具有应用到全转录组核酸结构测定的潜力。另外该方法还具有获取二级结构核酸分子结构稳定性信息的潜力。