活细胞荧光RNA动态成像

【作者】 杨弋；

【机构】 生物反应器工程国家重点实验室药学院华东理工大学；

【摘要】 RNA具有丰富的多级结构、化学修饰与相互作用,在细胞内具有复杂的时空分布、行为和生物学功能。如何对活细胞RNA进行特异的标记与成像,这是深入研究RNA功能极为有用的工具和需要解决的重要技术挑战。与荧光蛋白类似,荧光RNA可帮助研究人员"照亮" RNA在活细胞中的各种行为,是活细胞RNA特异荧光标记的新兴领域。但现有技术存在荧光弱、颜色单一,光淬灭等不足,难以在哺乳动物等高等生物的细胞与活体中广泛应用。我们开发了一系列高亮度和稳定的荧光RNA,命名为Pepper。Pepper具有从青色到红色荧光发射,可以对活细胞中不同RNA种类进行简单有效的标记与实时、超分辨的荧光成像,同时又不干扰靶标RNA的转录,定位和翻译。我们的数据表明通过Pepper荧光标记可对活细胞中特定mRNA的水平进行高通量的定量分析;与蛋白质荧光标记结合,可以研究活细胞内核糖体对该mRNA进行翻译的酶动力学及单细胞内翻译的调控。我们利用Pepper实现了动物细胞mRNA翻译控制的大规模单细胞分析,观察到不同单细胞内翻译效率的显著异质性,而这种异质性取决于特定的mRNA/蛋白质种类和细胞的类型。有趣的是,我们在某些癌细胞系中观察到蛋白质和mRNA水平之间仅有极其微弱的相关性。这些数据提示人们应谨慎解释单细胞转录组测序数据;癌细胞内翻译效率异质性亦有可能成为癌症等疾病的治疗靶标。荧光蛋白可帮助研究人员"照亮"蛋白质在活细胞中的各种行为,这极大地促进了蛋白质科学的研究。我们期待荧光RNA与荧光蛋白一样,可以有力推动RNA科学的进步。更多还原