您的当前位置: 首页 资助情况 资助成果 正文
我国科学家在RNA荧光成像技术前沿领域取得突破性进展
2019年10月24日    作者: 张艳 胡海宇 陈拥军    发布 : 化学科学部

在国家自然基金(批准号:21425311,21877037, 21937004, 91857202,  31225008,31470833,31600688)资助下,华东理工大学杨弋课题组与朱麟勇课题组组成的联合攻关团队在荧光RNA及活细胞RNA成像领域取得的突破性进展,研究结果以“Visualizing RNA dynamics in live cells with bright and stable fluorescent RNAs”(基于高亮稳定荧光RNA的活细胞RNA动态监测)为题,于2019年9月24日在《Nature Biotechnology》在线发表(链接:https://www.nature.com/articles /s41587-019-0249-1)。

生物大分子标记技术是生物分子成像的关键。在科学历史上,人们利用荧光蛋白“点亮”细胞内蛋白质, 实现了生命动态过程中蛋白质分子的可视化。荧光蛋白技术是当代生物科学研究中最重要的颠覆性研究工具之一。与蛋白质相比,RNA种类更多,大部分种类结构功能尚未鉴定,被称为基因组中的“暗物质”。不同种类的RNA及其修饰形式的鉴定、功能与调控研究现已经成为了国际前沿。RNA研究也迫切需要一种类似于荧光蛋白的标记技术,这是深入研究RNA功能机制极为有用的工具。针对这一亟需解决的技术挑战,华东理工大学药学院杨弋教授与化学与分子工程学院朱麟勇教授等组成了交叉学科联合攻关团队,历经七年紧密合作,最终在荧光RNA研发领域取得了突破性进展。基于合成生物学及化学生物学原理,他们成功构建了系列高性能荧光RNA,在国际上首次实现了哺乳细胞内不同种类RNA的标记与无背景成像。

 杨弋.jpg

该研究团队发展了全新的分子设计理念及分子共同定向进化的方法新思路,获得了系列高亮、稳定、低背景的荧光RNA。这些荧光团激活RNA标签仅含40余个核苷酸,可以特异结合不发光的创新染料分子,进而产生强烈荧光。它们具有青、绿、黄、橙、红等不同颜色,与辣椒的颜色类似,因此被命名为Pepper。通过基因编辑等手段,Pepper可以插入到不同的天然非编码RNA与编码RNA分子序列中,进而在活细胞内对各种RNA进行荧光标记和实时成像,而不影响它们的转录、定位、翻译、降解等正常代谢。Pepper与染料分子的结合是非共价的,因此可以通过加入不同染料的方法,根据需要改变细胞内荧光RNA的颜色,这种灵活性对于荧光标记稳定细胞株和转基因动物的构建十分有利。受益于Pepper的高亮度和强稳定性,研究团队首次实现了活细胞RNA的超分辨成像。研究团队还利用Pepper对单细胞中mRNA的翻译过程进行定量研究,结果显示癌细胞中mRNA量与其编码蛋白质量之间存在较低相关性,这表明癌细胞的翻译调控显著失调,这为癌症的诊疗提供一种全新的思路。

与现有技术相比,我国科学家研发的荧光RNA在亲和力、稳定性、信噪比、活细胞荧光亮度等方面提升了一到三个数量级,体现了荧光RNA从概念到实用的突破,为活细胞中RNA的功能研究提供极具价值的工具。此外,这些荧光RNA与适配体技术相结合,原则上可以针对任意信号分子、代谢物、蛋白质等靶标发展从蓝色到红外的高响应度荧光探针,其性能将有望大幅超过现有基于荧光蛋白的遗传编码荧光探针,为活细胞与活体生物传感、即时诊断及实时诊断技术的发展提供新机遇。该项研究充分体现了化学和生物学前沿交叉性质和化学生物学科的广阔前景。

版权所有 ©   国家自然科学基金委化学科学部   2019
地址:北京市海淀区双清路83号      邮编:100085
请使用Chrome或IE8以上浏览器  Email:chemoffice@nsfc.gov.cn