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公司新闻/正文
新型 RNA 荧光适配体 Pepper 的识别机制取得突破性进展
3986 人阅读发布时间：2022-05-06 19:05
（分子病理部 国立浩）
RNA 具有独特的三维结构，广泛参与转录、翻译、转运、剪切、定位、降解等细胞的各类生命活动，与多种疾病的发生与发展密切相关。活细胞 RNA 成像技术运用荧光 RNA 适配体可对RNA分子进行实时监测。荧光 RNA 适配体可结合并固定在溶液中不发荧光的染料小分子，将染料小分子从柔性旋转的结构固定为刚性平面的结构，进而发出强烈的荧光，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，作为最直接的一种RNA标记成像方法，荧光 RNA 也最有希望成为理想的活细胞RNA标记与成像技术。2019 年华东理工大学杨弋教授课题组与朱麟勇教授课题组共同开发了 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 1-3 个数量级，实现了荧光 RNA 从概念到实用的突破。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？
2021 年 11 月 1 日，浙江大学任艾明课题组与华东理工大学杨弋课题组和朱麟勇课题组合作取得突破性进展，在 Nature Chemical Biology 杂志上发表题为“Structure-based investigation of fluorogenic Pepper aptamer”的研究论文，报道了新型 RNA 荧光适配体 Pepper 与染料配体 HBC 以及其六种类似物的晶体结构，揭示了不含 G-四联体的 Pepper 适配体识别染料配体的机制。
HBC（（4-（（2-羟乙基）（甲基）氨基）-亚苄基）-氰基苯乙一腈）是基于绿色荧光蛋白 GFP 的荧光团 HBI（4-羟基亚苄基咪唑啉酮）开发的一种新型染料配体（图 1A）。通用 SELEX（指数富集的配体系统进化）技术体外筛选得到的 Pepper 适配体可以特异地结合 HBC 并激活其荧光，其二级结构如图 1B 所示。为了阐明 Pepper 适配体识别配体 HBC 的机制，研究者采用X-射线晶体学的方法解析了Pepper-HBC 复合物的晶体结构，与绝大多数已有的RNA荧光适配体不同，其三级结构中不包含 G-四联体。Pepper呈现出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3个双螺旋 P1、P2 和 P3，并由 3 个Junction区域 J1/2、J2/1 和J3/2 连接。J3/2 和 J1/2 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。
这个谜底的揭示不仅补充和丰富了目前相对有限的 RNA 三维结构数据库，也为进一步优化 Pepper 适配体的序列以及设计具备更佳光化学特性的染料分子提供了结构基础。在 RNA 分子的三维结构探讨基础上，本研究为推动其在活细胞 RNA 成像技术中的应用提供了新思路，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。
本研究中脱氧核苷替代的 Pepper 突变体由上海吉玛制药有限公司（Shanghai GenePharma）提供。
参考文献：
- Huang, K., Chen, X., Li, C. et al. Structure-based investigation of fluorogenic Pepper aptamer. Nat Chem Biol 17, 1289–1295 (2021).
- Chen, X. et al. Visualizing RNA dynamics in live cells with bright and stable fluorescent RNAs. Nat. Biotechnol. 37, 1287–1293 (2019).