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北京生科院李幸課題組在熒光響應RNA適配體研究方面取得重要進展
發表日期: 2021-09-22 來源:
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  202197日,中國科學院北京生命科学研究院李幸团队在国际知名刊物Angewandte Chemie International Edition在線發表了題爲Engineering fluorophore recycling in a fluorogenic RNA aptamer的研究論文。該文中,研究人員描述了一種用于西蘭花熒光適體的新型熒光團——TBI 

  熒光蛋白存在不可逆的熒光漂白現象,與之相比,熒光響應RNA適配體的特征是能夠非共價且可逆地結合同源熒光基團,從而避免熒光漂白,實現熒光恢複。小分子配體與RNA適配體的結合一般涉及三個動力學過程:結合、變構、解離。這三個過程周而複始,構成小分子配體RNA適配體結合和解離的動力學循環,並完成熒光恢複。 

  2011年康奈爾大學Samie Jaffrey課題組開發出了RNA熒光團DFHBI,但是依然存在光漂白和熒光恢複慢的問題。而進一步發現其光漂白由螢光團快速順反異構化導致,熒光恢複慢則是由于反式-DFHBI解離慢或者順式-DFHBI結合慢導致。該課題組在此研究基礎上,通過將咪唑酮3位氮原子上引入苯並咪唑基團開發了BI小分子,降低順反異構化速率並加快解離速率,從而增強了光穩定性。在本研究工作中,研究者在前述基礎上進一步將BI螢光團中的咪唑酮2位甲基取代基更換爲2-硫羰基 (TBI),相比之下,光漂白的TBI從西蘭花中迅速解離,並且介質中的TBI迅速取代解离的光漂白熒光團,从而增强了荧光稳定性,并有更高的荧光循环率。 

  在連續成像過程中使用TBI,西兰花细胞中会显示出明显增强的荧光。以上研究数据表明,设计熒光團以优化熒光團循环利用可导致荧光适体的荧光增强。基于循環速率由konkisokoff決定的原理,李幸課題組和合作者在Broccoli RNA晶體結構的指導下發展了一種小分子RNA探針TBI,可高效提升靶標熒光RNA循環速率TBI三管齊下1)提高順式TBI結合Broccolikon2)降低TBIBroccoli口袋中的kiso3)提高反式TBI脫離Broccolikoff。基于此,TBI小分子配體實現了在Broccoli 口袋中的快速循環和緩慢光異構,從而提高光穩定性和熒光RNA信號輸出。此外,TBI具有祱D毎背景、與Broccoli結合强、增强Broccoli折疊性等特點,從而實現活細胞內RNA的高靈敏追蹤。 

  综上,研究团队系统性地开发了具有低背景、高亮度、高选择性、光稳定、快速探針循环、RNA結合性和折叠性强的RNA成像探針簣D际酢U庵RNA成像手段爲解析高等動物體內的RNA時空分布和功能等信息提供了強有力的工具,有助于研究人員深入理解RNA相關生命過程;並有望應用于RNA疾病,如神經退行性疾病、癌症、新冠傳染病等疾病的診斷與治療。此外,該工作的RNA靶向小分子的設計思路爲其它小分子配體-生物大分子的設計思路提供了參考。 

  該工作于20219月以Research Article 形式發表于Angewandte Chemie International Edition。李幸研究员为论文的第一作者和共同通讯作者,中國科學院北京生命科学研究院为本文第一单位,合作通讯作者为康奈尔大学医学院药理系Samie R. Jaffrey教授。本研究得到了北京生科院啓動基金、美國國立衛生研究院(NIH) R35等基金的支持。 

  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202108338 

 

 

  

   1. TBI小分子探針的设计思路 

 

   2. 小分子探針TBI在結合 Broccoli RNA时显示出快速的結合速率(kon),緩慢的異構速率(kiso)和快速的解離速率(koff) 

 

 

  

   3. TBI小分子在結合RNA时显示出高的循環速率、光稳定性、缓慢光异构和长程成像能力 

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