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陈匡时课题组活细胞基因表达可视化技术研究取得新进展

PX    发布时间:2016-06-06    

  最近,我系陈匡时课题组研制出一种能在活细胞中检测单个RNA的分子探针,该研究成果已发表于Biomaterials,题目名为“Single-Molecule Detection and Tracking of RNA Transcripts in Living Cells Using Phosphorothioate-Optimized 2’-O-Methyl RNA Molecular Beacons”。

  完全阐明RNA分子在活细胞内的表达、转运和定位,以及它们与疾病发生发展的关系, 至今仍然是一项挑战。MS2-GFP系统是目前在活细胞内检测单分子RNA的主要工具,对于研究细胞生理以及疾病的早期发生与发展机制具有重要的意义。但是该系统具有荧光弱、背景信号高以及分子量大的缺点,对进一步深入研究RNA 在细胞中的功能、活性以及与其它大分子交互作用的贡献有限。另一种可标记RNA的技术——分子信标(molecular beacons, MB),是一种可形成茎环结构的寡核苷酸探针 (图1A),具有能与目的RNA结合后茎结构解离并能释放荧光的特性。然而研究证实, 普遍使用的MB (由DNA 或是2’O-Methyl RNA (2Me) 组成)被导入细胞质后会迅速被细胞核吸收,并被核内的核酸酶降解,引起高达60%的假阳性信号,从而使细胞中的RNA无法被准确地检测(图1B)。

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图1:传统分子信标。 A) 分子信标与目的RNA互补的前后变化。B) 无义分子信标在进入细胞后迅速在细胞核中释放假阳性信号。

  通过优化MB 寡核苷酸的化学组成,陈匡时实验室成功研制出具有2Me 以及phosphorothioate (PS) 两种化学修饰的分子信标 (2Me/PSLOOP MB)。该探针具有分子量小 (10,000 Da)、稳定性高、高信号背景比、高准确性、无毒性以及不干扰基因表达等优点,在宽敞显微镜下可检测单一RNA 在细胞核以及细胞质中的动态行为(图2A, B)。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阐述。

  http://www.coe.pku.edu.cn/upload/images/news%20and%20events/201606/%E5%9B%BE22.jpg
图2A:细胞中新型分子信标和原位杂交技术(smFISH)在不同时间点的RNA单分子成像比较。图2B:分子信标在活细胞中的细胞核与细胞质单分子示踪mRNA

  该工作的第一作者是赵丹。杨艳涛、曲娜、陈明明、马昭等学生为工作的顺利完成做出重要贡献。通讯作者为工学院陈匡时特聘研究员。该工作得到了国家自然基金、北京市自然科学基金以及青年千人启动经费的资助。

  

原文链接:  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961216301958