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。
最近,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。
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
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
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
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