华东理工大学朱麟勇/杨弋开发新型的荧光染料，为细胞 RNA 实时成像奠定基础

来源：生物学霸

原标题：Nature Biotechnology：华东理工大学朱麟勇/杨弋开发新型的荧光染料，为细胞 RNA 实时成像奠定基础

结合并激活荧光染料的适体荧光 RNA（FR）已用于对丰富的细胞 RNA 种类进行成像。然而，诸如低亮度和具有不同光谱特性的染料 / 适体组合的有限可用性的局限性，限制了这些工具在活的哺乳动物细胞和体内的使用。

2019 年 9 月 23 日，华东理工大学朱麟勇及杨弋共同通讯在 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。

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，这些 FR 将是细胞 RNA 实时成像的有用工具。

图片来源：Nature Biotechnology

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，图片来源：Nature Biotechnology

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，图片来源：Nature Biotechnology

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，图片来源：Nature Biotechnology

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，这些 FR 将是细胞 RNA 实时成像的有用工具。

参考消息：

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

文章来源：iNature