Polysome-seq翻譯組測序，評估翻譯效率的“黃金標準”
Polysome-seq
翻譯組是蛋白組的最佳體現者，是連接轉錄組和蛋白組的橋梁。Polysome profling是最經典的翻譯組檢測技術[1]，該技術利用核糖體沉降係數較大的特性分離多聚核糖體，是評估翻譯效率的“黃金標準”。
表觀生物推出Polysome-seq技術服務，采用Biocamp全quan自zi動dong密mi度du梯ti度du製zhi備bei與yu分fen析xi儀yi器qi，通tong過guo蔗zhe糖tang密mi度du梯ti度du分fen離li多duo聚ju核he糖tang體ti，並bing繪hui製zhi多duo聚ju核he糖tang體ti峰feng圖tu，結jie合he高gao通tong量liang測ce序xu鑒jian定ding翻fan譯yi效xiao率lv差cha異yi的de基ji因yin，助zhu力li從congmRNA到蛋白質之間翻譯水平調控機製研究。
表1. 多種翻譯組技術對比
應用與優勢
技術應用（聯合longRNA-seq）
1. 確定蛋白翻譯效率
2. 研究翻譯調控和基因表達情況，如目標mRNA降解、翻譯抑製
3. 探究表觀修飾的調控機製
4. 鑒定新生肽的共翻譯降解
5. 研究翻譯事件，如核糖體合成、組裝、翻譯相關因子
技術優勢
1. 蔗糖密度梯度離心分離多聚核糖體，翻譯效率“黃金標準”
2. 直觀地反映細胞和組織內翻譯的狀態
3. 可以鑒定同一mRNA上核糖體數量
4. 可以檢測非編碼區、翻譯調控信息
5. 適用於多種類型的樣本
技術流程
送樣要求
細胞，≥ 1×10^7 個細胞 / 樣本
樣本類型
≥ 100 mg/ 樣本
組織
僅限人、大小鼠，更低樣本量及其他物種請谘詢評估
樣品物種：
分析內容
Polysome profiling
1. 原始數據過濾與測序質量評估
2. rRNA、tRNA 去除，reads 長度過濾
3. 參考基因組比對、參考轉錄組比對
4. 多聚核糖體峰圖繪製
5. 全局翻譯活性差異分析（Polysomes/Monosomes）
6. 差異翻譯基因分析
7. 差異翻譯基因熱圖（僅限有生物學重複）
8. 差異翻譯基因GO、KEGG分析
9. 基因翻譯效率計算（需要用 mRNA-seq 或 longRNA-seq）
10. 差異翻譯效率分析
11. 差異翻譯效率基因GO、KEGG分析
對照 RNA-seq 或 longRNA-seq 分析
1. 測序原始reads去接頭，質量 控製
2. 參考基因組比對
3. 基因表達定量分析
4. 基因注釋
5. 差異表達分析
6. 差異基因熱圖繪製（僅限有生物學重複）
8. 差異基因GO、KEGG分析
圖1. 多聚核糖體峰圖[2]
表觀生物實測數據
圖2. 全局翻譯活性分析[2]
圖3. 火山圖分析差異翻譯基因[3]
圖2. 韋恩圖對比總RNA和多聚核糖體豐度[3]
圖4. 四象限圖分析差異翻譯基因。RS表示總RNA，PS表示多聚核糖體[4]
圖5. 差異翻譯基因GO分析[4]
圖6. 多聚核糖體峰圖
案例分析
Nat Cell Biol：METTL16促進翻譯和腫瘤發生且不依賴於m6A修飾[5]
此研究首次發現了METTL16的非m6A依賴作用，通過與eIF3a/b和rRNA的直接相互作用促進翻譯的啟動，證實了METTL16在肝癌中的促癌作用。
![Cell：QKI將m7G修飾轉錄本轉運至應激顆粒並調節mRNA代謝[6]](http://openapi.whaleng.com/file-server/ep/2024/01/0ff894adfdbc4a5bb0746959e8bec5c0.png)
圖8. Polysome profiling結果顯示QK17過表達或刪除對翻譯效率無顯著影響
Cell：QKI將m7G修飾轉錄本轉運至應激顆粒並調節mRNA代謝[6]
此研究篩選並鑒定出mRNA內部m7G修飾的首個識別蛋白QKI (Quaking)，而且報道了在應激狀態下QKI對細胞應激顆粒內具有m7G修飾mRNA的動態調控作用。研究者通過高通量測序綜合分析了應激狀態下m7G meRIP-seq、QKI7 RIP-seq以及SG RNA-seq的數據，結果顯示Quaking蛋白(QKIs)優先識別內部mRNA m7G修飾。接下來研究者開展了mRNA穩定性檢測和Polysome profiling，結果表明在應激狀態下QKI可以調控Hippo信號通路關鍵基因等靶基因的穩定性和翻譯效率。
圖9. Polysome-seq分析示意圖
此研究證實了METTL1和WDR4在食管鱗癌（ESCC）中顯著上調，並與ESCC預後不良相關。從機製上，研究者證明了tRNA m7G修飾通過調控m7G相關密碼子富集mRNA的翻譯，包括mTOR和自噬通路基因的負調控因子，為ESCC治療靶向藥物的開發提供線索。對METTL1敲降細胞以及對照細胞采用Polysome-seq計算了mRNA上的m7G tRNA所對應的密碼子的數量。結果顯示，mRNA上越多，翻譯效率（TE）降低的mRNA具有明顯更多的由m7G tRNA所對應的密碼子。
Nat Commun：tRNA m7G修飾通過RPTOR/ULK1/自噬軸促進食管鱗癌發展
圖10. 多聚核糖體峰圖
圖11. 差異翻譯效率基因GO分析
參考文獻
[1] Kudla M, Karginov FV. 2016. Measuring mRNA Translation by Polysome Profiling. Methods Mol Biol 1421: 127-135.
[2] Wang T, Chang Y, Zhao K, et al. Maize RNA 3'-terminal phosphate cyclase-like protein promotes 18S pre-rRNA cleavage and is important for kernel development. Plant Cell. 2022 Apr 26;34(5):1957-1979.
[3] Herrlinger S, Shao Q, Yang M, et al. Lin28-mediated temporal promotion of protein synthesis is crucial for neural progenitor cell maintenance and brain development in mice. Development. 2019 May 28;146(10):dev173765.
[4] Wang Z, Sun J, Zu , et al. Pseudouridylation of chloroplast ribosomal RNA contributes to low temperature acclimation in rice. New Phytol 2022 Dec;236(5).
[5] Su R, Dong L, Li Y, et al. METTL16 exerts an m6A-independent function to facilitate translation and tumorigenesis. Nat Cell Biol. 2022 Feb;24(2):205-216.
[6] Zhao Z, Qing Y, Dong L, et al. QKI shuttles internal m7G-modified transcripts into stress granules and modulates mRNA metabolism. Cell. 2023 Jul 20;186(15):3208-3226.e27.
[7] Han H, Yang C, Ma J, et al. N7-methylguanosine tRNA modification promotes esophageal squamous cell carcinoma tumorigenesis via the RPTOR/ULK1/autophagy axis. Nat Commun. 2022 Mar 18;13(1):1478.