华东理工大学开发拟荧光蛋白RNA ​，实现荧光RNA从概念到实用的突破

来源：BioWorld

原标题：Nature子刊：华东理工大学开发拟荧光蛋白RNA ​，实现荧光RNA从概念到实用的突破

2019年9月23日，华东理工大学朱麟勇、杨弋共同通讯在 Nature Biotechnology 在线发表题为：Visualizing RNA dynamics in live cells with bright and stable fluorescent RNAs 的研究论文。

该研究开发了Peppers，一系列单体，明亮且稳定的具有荧光RNA，其最大发射范围从青色到红色。Peppers可以对活细胞中的各种RNA进行简单而强大的成像，而对目标RNA的转录，定位和翻译的干扰影响非常小。实现了荧光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。

RNA在细胞中表现出复杂的动力学，包括表达，降解，易位，剪接和其他化学修饰。因此，非常需要类似于荧光蛋白标签来理解RNA的动态分子生物学。感兴趣的RNA可以通过荧光原位杂交标记，或通过标记被特定酶识别的结构基序共价标记。不幸的是，这种技术需要细胞固定并且不适用于活细胞成像。具有工程化基序的RNA可以与荧光蛋白和特定RNA结合蛋白的融合物拴在一起。例如，MCP，PCP，λN或Cas。

Pepper530 RMFP的特性

在这些方法中，由于未结合的荧光蛋白融合物自由扩散，因此存在显著的背景荧光，并且每个RNA最多需要48个绿色荧光蛋白（GFP）融合物才能获得最佳信噪比。这种束缚蛋白的沉重负荷是否会影响RNA的定位，稳定性和行为仍有待确定。尽管存在这些缺陷，MS2系统还是当前活细胞RNA成像的金标准，被广泛用于研究单分子水平的RNA行为。更直接地，目标RNA可以与结合荧光团的RNA适体融合并可视化。

扩大FR的光谱范围

尽管已经认识到这种概念已有好几年了，但是许多这些荧光团和荧光团-猝灭剂结合物在活细胞中具有显著着的背景荧光和/或不易扩散跨质膜。Jaffrey和他的同事率先开发了GFP的RNA模拟物（RMFP），它们是与GFP荧光团的非荧光类似物特异性结合并激活其荧光的适配体。在活细胞中，这些荧光团显示出大大减少的背景荧光，突出了RMFP信号本身。 RMFPs已成功地用于对几种丰富的细胞RNA种类进行成像，并已被开发为代谢产物和蛋白质的传感器。

使用Pepper的CRISPR展示对基因组基因座进行多色成像

尽管这些RMFP看上去简单而有前途，但它们具有显著的局限性，例如相对较低的亮度，仅绿色的可用性，有限的热稳定性或光稳定性或多聚体性质，这可能会阻碍其广泛用于活的哺乳动物细胞和体内的一般成像应用，尤其是成像mRNA，其丰度比核糖体RNA和转移RNA低几个个数量级。具有改善的细胞亮度，稳定性和最大范围的荧光发射最大值（特别是在红色区域）的RMFP仍然是理想的，但尚未实现。

在这里，研究人员开发了Peppers，一系列单体，明亮且稳定的具有荧光RNA，其最大发射范围从青色到红色。Peppers可以对活细胞中的各种RNA进行简单而强大的成像，而对目标RNA的转录，定位和翻译的干扰影响非常小。定量分析单个细胞中蛋白质及其信使RNA的水平表明，翻译受正常的酶动力学控制，但具有明显的异质性。该研究进一步证明，Peppers可用于通过CRISPR展示对基因组基因座进行成像，实时跟踪蛋白质-RNA链以及进行超分辨率成像。总而言之，该研究实现了荧光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。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0249-1