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《自然—化学生物学》在线发表我校荧光RNA领域联合研究新进展

近日,我校生物反应器工程国家重点实验室、光遗传学与合成生物学交叉学科研究中心杨弋教授课题组、朱麟勇教授课题组、浙江大学生命科学研究院任艾明研究员课题组联合在荧光RNA研究中取得突破性进展,在国际权威学术期刊《自然—化学生物学》(Nature Chemical Biology)以长篇论文(article)形式在线发表题为“Structure-based investigation of fluorogenic Pepper aptamer” 的研究文章。

RNA具有独特的三维结构和种类繁多的生物学功能,广泛参与细胞的各类生命活动,与多种疾病的发生与发展密切相关。荧光RNA是近些年来发展起来的活细胞RNA成像技术。与荧光蛋白一样,研究人员只需要将荧光RNA的编码序列与靶标RNA编码序列融合,在细胞内表达后,即可对活细胞RNA进行标记成像。因此,荧光RNA是最直接的一种RNA标记成像方法,也最有希望成为理想的活细胞RNA标记与成像技术。2019年杨弋教授课题组与朱麟勇教授课题组组成的联合攻关团队发展了Pepper荧光RNA,它在亲和力、稳定性、信噪比、活细胞荧光亮度等方面提升了一到三个数量级,体现了荧光RNA从概念到实用的突破,在国际上首次实现了动物细胞内不同种类RNA的标记与无背景成像(Nature biotechnology, 2019, 37, 1287)。然而, Pepper三维结构是什么样子,到底为什么Pepper具有如此优秀的性能呢? 这个谜底的揭示不仅对于Pepper荧光RNA的进一步优化和应用拓展具有重要意义,还可以为更多高性能荧光RNA的创造提供新的思路。


针对上述关键科学问题,研究团队对Pepper-HBC复合物的三维结构进行了解析,结果显示,Pepper呈现由一个螺旋和一个突出的连接区组成的单体非 G-四链体音叉状结构,包含三个双螺旋P1P2P3,并由三个Junction区域J1/2J2/1J3/2连接。J3/2J1/2以及P2形成远距离相互作用,帮助维持整体三维结构的稳定。配体HBC结合于整体结构的中心位置,以近平面构象堆积于非G-四联体四碱基平面(U8, G41, U42, G43)和G10-U40非经典碱基对之间,并由碱基对G9-C33从侧面固定,使得HBC配体被Pepper RNA适配体以纳摩尔级的高亲和力结合并激活。本研究解析的Pepper-HBC三维结构信息将为Pepper RNA适配体和染料分子的优化提供很好理论依据,也将为发展基于Pepper的活细胞与活体生物传感、即时诊断甚至实时诊断技术提供极具价值的信息。

论文第一作者为黄凯怡博士和陈显军副研究员,通讯作者为朱麟勇教授、杨弋教授和任艾明研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委项目、上海市教委项目、生物反应器工程国家重点实验室基金、教育部基本科研业务费等经费资助。

 

    原文链接:https://www.nature.com/articles/s41589-021-00884-6


网页发布时间: 2021-11-10