荧光成像-荧光RNA Ⅰ 一种可以可视化细胞内信使RNA动态的荧光RNA

学术   2024-06-29 20:00   湖北  
研究进展RNA在细胞中的动态变化对于基因表达调控、信号传导以及多种生物学过程至关重要。能够在活细胞中实时观察RNA的动态变化,对于理解其功能和作用机制具有重要意义。传统的绿色荧光蛋白(GFP)和其他荧光蛋白在活细胞成像中被广泛使用,但它们在标记RNA时存在一些限制,例如光漂白速度快、细胞亮度不足、对细胞内镁离子浓度依赖性强等。近年来,荧光RNAFRs)作为一类新型的活细胞RNA标记工具,由RNA aptamers(能够与特定荧光小分子配体结合的RNA结构域)和它们的荧光配体组成。这些FRs具有高模块性、直接标记RNA以及对目标RNA干扰小的优点。尽管已有多种FRs被开发出来,但一个具有高细胞亮度和光稳定性的绿色FR仍然是研究者所追求的。特别是在多色成像中,绿色FR可以与红色FRs结合使用,为研究RNA的相互作用和亚细胞定位提供更丰富的信息。本文献中,作者开发了一种新型绿色FR,它与荧光配体结合后,能够在活细胞中发出明亮的绿色荧光,且具有快速的成熟速率、低背景荧光和良好的耐受性。

解决方案:在本文中,作者首先合成了一种新型荧光荧光团ACE,随后通过系统进化配体富集(SELEX)技术筛选出能够与新型荧光分子ACE结合的RNA aptamer,并命名为Okra(图1)。Okra展现出了高细胞亮度和光稳定性,与现有的绿色FR相比,Okra在活细胞中的亮度提高了近一个数量级。OkraACE的结合具有纳摩尔级的高亲和力,并且具有较低的离子依赖性和较高的熔解温度,这使得Okra在哺乳动物细胞中的RNA标记更为有效。作者利用Okra在活细菌和哺乳动物细胞中对mRNA进行了成像,展示了Okra在不同细胞类型中的适用性和高亮度(图2)。通过与现有的绿色FR进行比较,Okra在活细胞中的光稳定性显著提高,即使在长时间的连续照明下也能保持大部分荧光。作者使用Okra标记的mRNAHeLa细胞中对应力颗粒(SGs)的形成和解聚进行了实时成像,展示了Okra在研究细胞应激反应中的潜力。作者结合Okra与另一种红色荧光RNA,在活细胞中实现了双色超分辨率成像,揭示了不同RNA在细胞中的非均匀分布。

1ACE的结构和SELEX程序预测的Okra二级结构。

2:用不同FR标记的表达mCherry mRNA的大肠杆菌活细胞的共聚焦成像。

结论:本文报道了一种新型的FR,这是一种具有高细胞亮度和光稳定性的绿色荧光RNA工具。Okra在活细菌和哺乳动物细胞中的成功应用显示了其在不同类型的细胞中的广泛适用性。Okra的多功能性使其成为研究RNA动态、亚细胞定位以及与其他生物分子相互作用的强大工具。鉴于Okra的这些特性,研究人员预测它将在未来的细胞生物学研究中发挥重要作用,尤其是在需要高分辨率和长时间连续成像的实验中。

参考文献 X. Chen, L. Zhu & Y. Yang et al. Imaging the dynamics of messenger RNA with a bright and stable green fluorescent RNA. Nature Chemical Biology2024, DOI: 10.1038/s41589-024-01629-x.

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