活细胞RNA成像技术及其在生物医学中应用研究进展

摘要

RNA可与各种核酸及蛋白质相互作用,在多种生理和病理过程中发挥重要的调控作用,其生物学过程高度动态。追踪活细胞中的RNA动态对理解基因表达的时空调控以及RNA的调控功能至关重要。基于荧光蛋白的RNA标记系统包括MS2/MCP系统、PP7/PCP系统、boxB/λN22和CRISPR-Cas系统等,其中MS2/MCP系统目前应用最为广泛,其具有结合稳定、信噪比高等优点,局限性是RNA成像的实现需要对靶RNA进行基因编辑,这可能导致靶RNA特性的潜在改变。近期开发的CRISPR-dCas13系统不需要对RNA进行改造,但其局限性在于CRISPR RNA效率的不确定性,且信噪比较低。基于荧光染料的RNA标记系统包括分子信标和荧光基团-适体对,其中分子信标具有高特异性和较高信噪比,而荧光基团-适体对Pepper系统和Mango系统在RNA成像的信噪比上更具有优势,但也需要对靶RNA进行基因编辑。活细胞RNA成像技术可应用于观察并研究RNA转录、剪接、转运、翻译(特指信使RNA)和亚细胞定位,有助于研究细胞分化等生物学过程以及细胞适应外界环境时的转录调控机制,有利于理解RNA行为异常导致的各种疾病的致病机制以及寻找潜在的治疗靶点。本文综述了活细胞RNA成像技术的发展和运用,并比较了各种方法的优势和不足。