Nature子刊解读！科学家成功实现在活细胞中进行超分辨率的RNA成像！

2021年2月28日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上题为“Super-resolution RNA imaging using a rhodamine-binding aptamer with fast exchange kinetics”的研究报告中，来自海德堡大学等机构的科学家们通过研究实现了在活细胞中进行超分辨率RNA成像。RNA（核糖核酸）是多种基本生物学过程的关键，其能传递遗传信息，将其转化为蛋白质或支持基因调控。为了更详细地理解RNA的精确功能，研究人员设计了一种新型的荧光成像方法，其能使得活细胞RNA成像具有前所未有的分辨率。

这种方式基于一种新型的分子标志物，即称之为用于进行超分辨率成像技术的罗丹明结合适体（RhoBAST，Rhodamine-Binding Aptamer for Super-Resolution Imaging Techniques）这种基于RNA的荧光标志物能与染料罗丹明结合使用；由于其具有独特的特性，标志物和染料就能以一种非常特殊的方式相互结合，从而使得单个DNA分子发光。随后研究人员就能利用单分子定位显微镜（SMLM，一种超分辨率的成像技术）来使其可见，由于缺乏合适的荧光标志物，迄今为止，通过利用光学显微镜来直接观察RNA受到了非常严重的限制。

图片来源：Heidelberg University/Karlsruhe Institute of Technology

RhoBAST技术是海德堡大学和KIT应用物理研究所的科学家们联合开发的，研究人员所开发的标志物能够基因进行编码，这意味着其就能与细胞中所产生的任何RNA的基因进行融合；RhoBAST本身是无荧光的，但能通过一种非常特殊的方式与细胞渗透的罗丹明染料结合从而被点亮（发光），这就会导致RhoBAST-染料复合体实现的荧光急剧增加，这也是产生优秀荧光图像的关键要求；然而对于超分辨率RNA成像而言，这种标记就需要额外的特性。

研究人员发现，每个罗丹明染料分子与RhoBAST的结合仅仅会保持一秒钟，随后就会再次脱离；在几秒钟内，这个过程会与一个新的染料分子重复。Gerd Ulrich Nienhaus教授说道，在RhoBAST和罗丹明之间找到较强的相互作用，而结合特别快的交换动力学是相当罕见的；由于罗丹明只有在于RhoBAST结合后才会被点亮，所以标记物和染料之间出现的一连串新的相互作用就导致了不断地“闪烁”，这种“开关”正是单分子定位成像所需要的。

与此同时，RhoBAST系统还能够解决另一个重要的问题，荧光图像是在激光光照射下所收集的，随着时间的推移，染料分子会被破坏；快速的染料交换确保了光漂白的染料会被新鲜的染料所取代，这意味着，单个RNA分子可以被观察更长的时间，这就能够大大提高图像的分辨率。最后研究人员指出，通过可视化肠道菌群和培养的人体细胞内的RNA结构，我们就能以出色的定位精度来证明RhoBAST或能作为RNA标记的超强特性。如今我们能利用超分辨率荧光显微镜揭示此前看不见的亚细胞结构和涉及RNA的分子相互作用的细节，这将会使得科学家们对生物学基本过程有一个根本性的新认识。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Sunbul， M.， Lackner， J.， Martin， A. et al. Super-resolution RNA imaging using a rhodamine-binding aptamer with fast exchange kinetics. Nat Biotechnol (2021). doi：10.1038/s41587-020-00794-3

【2】Super-resolution RNA imaging in live cells

by Heidelberg University