2018年3月10日，澳门尼斯人娱乐网站(中国)有限公司杨雪瑞课题组在Nucleic Acids Research杂志在线发表方法学论文“De novo annotation and characterization of the translatome with ribosome profiling data”（文章链接），详细介绍了一种使用核糖体分析（ribosome profiling）数据鉴定RNA的翻译并重构翻译组的新方法，RiboCode。这是杨雪瑞课题组在翻译组学研究领域的第二套信息挖掘方法。Ribosome profiling技术有两个不同的应用方向：翻译速率的定量比较与翻译事件的系统鉴定。此前，杨雪瑞课题组开发了ribosome profiling数据分析工具Xtail，用于基因翻译速率的定量比较，文章发表于Nature Communications（文章链接）。此次发表的RiboCode工具则针对第二个应用方向：鉴定RNA翻译活性并构建翻译组。
近年来，越来越多的证据表明经典的“编码/非编码基因”简单二分法并不准确。基因转录产物RNA的许多“非编码”序列，如5’UTR（5’ untranslated region）、非编码RNA（non-coding RNA）等，都存在开放读码框（open reading frame，ORF），其中一些ORF可能在特定条件下翻译形成小肽或蛋白质，并具有多种生物学功能。对于这些RNA来说，其翻译与否和细胞状态及环境相关，不能简单归类为编码或非编码RNA。因此，对转录组RNA中所有可能的ORF进行翻译活性的鉴定，构建特定生理条件下细胞的翻译组（translatome）成为RNA及蛋白质相关研究领域的迫切需求。
杨雪瑞课题组的一个重要研究方向为使用ribosome profiling技术系统分析肿瘤、发育等复杂生物学过程中的翻译调控机制，并同时进行相关实验技术及数据分析方法的开发。Ribosome profiling通过对核糖体保护的RNA片段（ribosome protected fragment，RPF）的深度测序分析，提出基因组范围的翻译状态图谱。翻译过程中，核糖体相对于RNA以密码子长度（3 nt）为单位移动。因此，以P-位点为基准，来源于正常翻译过程的RPF片段应该在RNA上呈现3碱基的周期性分布。这是判断一个RNA是否被翻译的直接证据。但是，ribosome profiling数据远非如此理想，多种因素都可能干扰对翻译的判断，例如RPF总体分布不均匀、覆盖率低、ORF长度差异大、P-位点判断误差、测序误差、RNA片段污染等等。因此，从核糖体分析数据中准确鉴定具有翻译活性的ORF需要高敏感、高准确度的方法流程。
杨雪瑞课题组针对此需求，设计了RiboCode方法，用于从核糖体分析数据中鉴定有翻译活性的RNA，最终构建全面的翻译组。在一系列测试中，RiboCode表现出优异的准确性、敏感性和分析效率，显著超越了现有的其它方法。文章中使用RiboCode方法分析了多套人类细胞、小鼠细胞、斑马鱼及酵母的ribosome profiling数据，鉴定了各种类型的非编码RNA或非编码片段的翻译，其中绝大多数是此前从未被注释过的。例如在酵母细胞中，RiboCode重构了正常生理条件、氧化应激、热激三种状态下的翻译组，其中UTR区的翻译，包括5’UTR的uORF及3’UTR的dORF，在应激条件下明显更加活跃，而且部分UTR的翻译水平与mRNA上相应的已知蛋白编码区翻译高度正相关或负相关。
总之，RiboCode方法帮助研究人员充分利用ribosome profiling这一技术挖掘细胞中的翻译信号，并全面重构特定生理状态下的翻译组，满足了翻译组学及RNA研究等领域的重大需求。该工具此前已向领域内同行公开，在文章发表前已有近600次下载。RiboCode与此前发表的Xtail方法覆盖了ribosome profiling数据的两大主要分析方向：翻译效率的定量比较与翻译活性的系统鉴定。目前实验室正致力于使用这些工具协助针对肿瘤、发育等重要生物学过程的翻译组学与翻译调控机制研究。
澳门尼斯人娱乐网站(中国)有限公司2013级博士生肖正涛为本文的第一作者，杨雪瑞研究员为本文的通讯作者。研究工作得到了澳门尼斯人娱乐网站邓海腾课题组在质谱数据分析方面的帮助。本研究由国家重点研发计划“精准医学研究”重点专项、国家自然科学基金委、公司-北大生命科学联合中心、公司自主科研项目提供经费支持。公司蛋白质研究技术中心生物计算平台提供了计算资源的支持。
RiboCode文章链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gky179/4925760
软件下载地址：https://github.com/xryanglab/RiboCode
Xtail文章链接：
http://www.nature.com/ncomms/2016/160404/ncomms11194/full/ncomms11194.html
软件下载地址：https://github.com/xryanglab/xtail
RiboCode方法流程
使用RiboCode构建酵母细胞翻译组
