RNA定位技术-点亮科研新视界

科技   2024-11-08 17:27   江苏  






RNA定位技术是指一系列实验方法,用于检测和可视化RNA分子在细胞内的空间分布和动态变化。这些技术帮助科学家理解RNA的运输、定位和功能,尤其在复杂的细胞环境中。RNA定位对于细胞的生理过程、发育和疾病机制有着重要意义。RNA定位技术的发展历程可以追溯到20世纪70年代,随着分子生物学和细胞生物学技术的进步。

以下是一些关键的里程碑:






原位杂交

 In situ hybridization, ISH



该技术最早发展于上世纪70年代,是核酸杂交技术的一种方式。其使用标记的互补RNA或修饰的核酸链(即探针)定位组织的一部分特定RNA序列用于检测特定RNA分子,从而能够在组织切片中可视化RNA的分布。这为后来的RNA定位研究奠定了基础。

图1 野生型小鼠胚胎Baz1b基因的原位杂交[1]


荧光原位杂交

fluorescent in situ hybridizationFISH



1990年代,FISH技术将荧光探针应用于原位杂交,实现在活细胞中观察RNA的定位,极大提高了成像的灵敏度和分辨率。FISH在医学领域有广泛的应用,特别是在细胞生物学和分子诊断中。如癌症诊断:FISH常用于检测特定基因的扩增、缺失或重排,这对于诊断某些类型的癌症(如乳腺癌、白血病和淋巴瘤)非常重要。它可以帮助评估肿瘤预后并选择合适的治疗方案。遗传疾病筛查:FISH可以用于检测与遗传疾病相关的染色体异常,例如唐氏综合征(21三体综合征)等,通过识别特定的染色体或基因,帮助在孕期进行早期筛查。

图2通过荧光和化学原位杂交比较多个基因表达谱[2]



实时荧光成像


实时荧光成像是一项通过使用荧光显微镜观察RNA在细胞内的动态变化,以研究RNA运输和定位机制的新技术。最常用的实现方法是MS2和MCP系统:一种用于实时监测和追踪RNA分子在活细胞中动态变化的强大工具。这一系统结合了特异性的RNA序列(MS2)和与之结合的荧光标记蛋白(MCP),使得研究人员能够观察RNA的定位、运输和翻译过程。其工作原理:当带有MS2序列的RNA在细胞中合成时,MCP蛋白会与其结合并形成复合体,MCP蛋白通常融合荧光蛋白标签(如EGFP或mCherry),使得研究者可以通过荧光显微镜可视化细胞内RNA分子的存在[3]

图3 MS2/MCP工作原理示意图[4]




CRISPR技术实现RNA定位



近年来,CRISPR技术被用于在RNA分子上进行特定的标记和操控,使得RNA的定位和动态观察更加灵活和精准。不同于靶向基因组DNA进行基因编辑的CRISPR/Cas9等经典系统,研究者们还发现并进一步开发了可以靶向RNA的改进型CRISPR系统,如CRISPR/Cas13。在CRISPR/Cas13系统中,一条crRNA(或称为gRNA)通过碱基互补配对特异性识别靶RNA,而Cas13家族核酸酶通过与crRNA的结合,能够特异性切割靶RNA,实现RNA编辑。失去核酸酶活性的Cas13(dCas13)仍能通过crRNA靶向识别靶RNA,但丧失切割RNA的能力。利用这一特性,通过设计特异性识别靶RNA序列的crRNA,可以使dCas13与特定的RNA分子结合,进而对其进行RNA的定位和标记。
其主要优势
01
高特异性

CRISPR系统可以设计高特异性crRNA,靶向特定RNA分子。

02
高灵活性

可以针对不同类型的RNA分子进行定位和编辑。

03
可实时监测

结合荧光成像技术,能够实时观察RNA的动态行为[5]

图4 野生型小鼠胚胎Baz1b基因的原位杂交[6]

RNA定位技术已经被广泛运用于小鼠模型中,对胚胎发育、细胞分化和肿瘤发生等生物学过程的研究起到重要的作用。通过基因工程技术,集萃药康能够实现对不同细胞类型和组织特异性的活体RNA定位小鼠进行定制化构建,为您在体内进行RNA定位相关研究提供解决方案。

集萃药康拥有20多年的基因工程小鼠模型构建经验,每年完成6000+的小鼠定制模型,成功率高达99%,为您的个性化研究保驾护航。


关于集萃药康

江苏集萃药康生物科技股份有限公司(GemPharmatech Co., Ltd,股票代码:688046)创立于2017年,是一家专业从事实验动物小鼠模型的研发、生产、销售及相关技术服务的高新技术企业,系亚洲小鼠突变和资源联盟企业成员以及科技部认定的国家遗传工程小鼠资源库共建单位。

公司基于实验动物创制策略与基因工程遗传修饰技术,为客户提供具有自主知识产权的商品化小鼠模型,同时开展模型定制、定制繁育、功能药效分析等一站式服务,满足客户在基因功能认知、疾病机理解析、药物靶点发现、药效筛选验证等基础研究和新药开发领域的实验动物小鼠模型相关需求。





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参考文献:

[1]Ashe A, Morgan D K, Whitelaw N C, et al. A genome-wide screen for modifiers of transgene variegation identifies genes with critical roles in development[J]. Genome biology, 2008, 9: 1-16.

[2]Neufeld S J, Zhou X, Vize P D, et al. mRNA fluorescence in situ hybridization to determine overlapping gene expression in whole‐mount mouse embryos[J]. Developmental Dynamics, 2013, 242(9): 1094-1100.

[3]Jiang L, Xie X, Su N, et al. Large Stokes shift fluorescent RNAs for dual-emission fluorescence and bioluminescence imaging in live cells[J]. Nature Methods, 2023, 20(10): 1563-1572.

[4]Hoppe C, Ashe H L. Live imaging and quantitation of nascent transcription using the MS2/MCP system in the Drosophila embryo[J]. STAR protocols, 2021, 2(1): 100379.

[5]Abudayyeh O O, Gootenberg J S, Essletzbichler P, et al. RNA targeting with CRISPR–Cas13[J]. Nature, 2017, 550(7675): 280-284.

[6]Yang L Z, Wang Y, Li S Q, et al. Dynamic imaging of RNA in living cells by CRISPR-Cas13 systems[J]. Molecular cell, 2019, 76(6): 981-997. e7.


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