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工学院陈匡时课题组在单分子成像RNA技术领域取得新进展

2017-05-12  1998

最近,工学院生物医学工程系陈匡时课题组基于寡核苷酸技术研制出一种能在活细胞中灵敏检测单个RNA分子的手段,并首次证实该手段在单分子水平下成像长链非编码RNA的可行性。相关研究成果已发表于Scientific Reports,题目为“A molecular beacon-based approach for live-cell imaging of RNA transcripts with minimal target engineering at the single-molecule level”。(链接: http://www.nature.com/articles/s41598-017-01740-1

分子信标(MB)是目前在活细胞内研究内源RNA的主要手段之一,但是传统的MB容易被细胞核吸收,并被核内的核酸酶降解或与蛋白结合,此类非特异性作用可造成报告荧光基团和淬灭基团分离从而引起假阳性信号,因而在单分子成像单一RNA 方面能力有限,因此在目标RNA 编辑一段可与MB特异性互补的重复靶序列RNA标签(总长约4800个碱基,96个靶序列)有助于提高检测效率。 陈匡时课题组在Scientific Reports最新的研究发现,通过该课题组基于先前研制的一种高稳定性以及无毒性的分子信标 (2Me/PSLOOP MBs, 发表于Biomaterials), 发现将标签缩短到仅有400个碱基长度(8个靶序列)的条件下仍能实现单分子水平上的目标RNA在活细胞中的检测,并达到~90%的检测准确率,该标签是现阶段MB单分子成像RNA相关研究中所实现的最短的标签,而且利用该体系在单分子水平下成像长链非编码RNA (Long non-coding RNA) 如NEAT1 以及 HOTAIR  (图一、图二),有助于阐述该RNA在亚细胞水平下的动态行为。本研究开发的新型分子信标技术的应用有望帮助研究者对目的RNA在不同细胞器的表达、转运以及定位进行更深入的研究。


图一:2Me/PSLOOP MBs 标记插入8个 (8x) MB靶序列的长非编码RNA。a) pNEAT1-8x和PSP (NEAT1结合蛋白) 在活细胞中共定位。 b) 细胞中2Me/PSLOOP MBs和单分子原位杂交技术(smFISH)的 pHOTAIR-8x RNA单分子成像比较。Scale bar = 10µm


图二:2Me/PSLOOP MBs通过单分子示踪揭示pNEAT1-8x 和pHOTAIR-8x RNA在活细胞中的动态行为

该工作的第一作者是陈明明。此外,马昭、吴小天、毛诗琦、杨艳涛、谭洁、Christopher Krueger等学生为工作的顺利完成做出重要贡献,通讯作者为陈匡时特聘研究员。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及青年千人启动经费的支持。