RNA-代谢标记 I 荧光核苷磷酸盐类似物的代谢RNA标记

学术   2024-09-21 20:00   湖北  
研究进展RNA在生物学中具备信息传递器与调节器的关键作用,且可作为遗传信息的载体。因此,RNA已成为一种越来越重要的药物治疗靶点。探测细胞内的RNA分子,包括它们的构建块,对于理解涉及RNA过程的动态变化及跟踪RNA传递非常重要。为了研究各种RNA过程,如补充RNA测序,需要开发可与活细胞兼容,从而探测RNA动态和时空分布的RNA分析方法。荧光显微镜可提供在生物学上相关时间尺度的细胞和分子动力学的时空监测。然而,虽然有丰富的基因编码荧光蛋白和标签研究蛋白,以及活细胞兼容探针染色脂质和DNA,但相应的可视化RNA及其构建块的手段仍然稀缺。

研究显示,利用细胞内源性机制,通过荧光标记的酶促掺入,对RNA进行代谢标记是一种有效的RNA成像方法。然而,该方法仍面临着修饰核苷酸的不良细胞摄取以及细胞毒性等问题。此外,核苷酸本身带负电荷,因此通常不能直接通过质膜扩散,需要经转染、微注射或电穿孔等步骤才能进入细胞。

解决方案:在本文工作中,作者开发了两种荧光腺嘌呤类似物核苷磷酸盐,2CNqATPpATP,它们在培养的人类细胞中显示出自发的摄取和积累。其中,2CNqATP定位于细胞质和细胞核,并可被整合到从头合成的细胞RNA中;即不使用基因工程,通过生物正交化学增强结合、促进摄取的策略,就可以实现代谢荧光RNA标记。相比之下,另一种核苷酸类似物pATP只能聚集在细胞核外,并被迅速排出体外(图1)。因此,这种类似物无法并入RNA。此外,活细胞荧光成像显示由于碱基化学结构的微小变化,pATP2CNqATP核苷酸的亚细胞分布和积累存在显著差异。

1(A) 2CNqATPpATP的摄取共聚焦显微镜图像;(B) 去除处理液和添加新鲜细胞培养基(CCM)前后pATP2CNqATP摄取的共聚焦显微镜图像;(C) pATP2CNqATP的结构式。

结论:综上所述,作者开发了一种新型的核糖核苷酸衍生物,进行了细胞RNA代谢荧光标记,并研究了这些化合物的细胞摄取动力学。此外,该团队还报道了结构依赖的变异,这可能有助于设计基于核苷酸标记的探针和针对转录机制的治疗方法,如小分子RNA探针和核苷抗病毒药物。

参考文献L. Marcus Wilhelmsson et al. Metabolic RNA labeling in non-engineered cells following spontaneous uptake of fluorescent nucleoside phosphate analogues. Nucleic Acids Res. 2024, DOI:10.1093/nar/gkea722.

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