工學院陳匡時課題組在活細胞基因表達可視化技術研究方面取得新進展

2020-11-28 北大新聞網

最近，北京大學工學院生物醫學工程系陳匡時課題組研製出一種能在活細胞中檢測單個RNA的分子探針，該研究成果已發表於Biomaterials，題目為「Single-Molecule Detection and Tracking of RNA Transcripts in Living Cells Using Phosphorothioate-Optimized 2』-O-Methyl RNA Molecular Beacons」。

完全闡明RNA分子在活細胞內的表達、轉運和定位，以及它們與疾病發生發展的關係，至今仍然是一項挑戰。MS2-GFP系統是目前在活細胞內檢測單分子RNA的主要工具，對於研究細胞生理以及疾病的早期發生與發展機制具有重要意義。但該系統存在螢光弱、背景信號高以及分子量大的缺點，對進一步深入研究RNA在細胞中的功能、活性以及與其它大分子交互作用的貢獻有限。另一種可標記RNA的技術——分子信標（molecular beacons, MB），是一種可形成莖環結構的寡核苷酸探針，具有能與目的RNA結合後莖結構解離並能釋放螢光的特性。然而研究證實，普遍使用的MB（由DNA或是2'O-Methyl RNA即2Me組成）被導入細胞質後會迅速被細胞核吸收，並被核內的核酸酶降解，引起高達60%的假陽性信號，從而使細胞中的RNA無法被準確地檢測。

傳統分子信標。 A：分子信標與目的RNA互補的前後變化。B：無義分子信標在進入細胞後迅速在細胞核中釋放假陽性信號。

通過優化MB寡合幹酸的化學組成，陳匡時實驗室成功研製出具有2Me以及phosphorothioate（PS）兩種化學修飾的分子信標（2Me/PSLOOP MB）。該探針具有分子量小（10000Da）、穩定性高、高信號背景比、高準確性、無毒性以及不幹擾基因表達等優點，在寬敞顯微鏡下可檢測單一RNA在細胞核以及細胞質中的動態行為。新型分子信標技術的應用有望幫助研究者對目的RNA在不同細胞器的表達、轉運以及定位進行更深入的闡述。

A：細胞中新型分子信標和原位雜交技術（smFISH）在不同時間點的RNA單分子成像比較。2B：分子信標在活細胞中的細胞核與細胞質單分子示蹤mRNA

該工作的第一作者是趙丹。楊豔濤、曲娜、陳明明、馬昭等學生為工作的順利完成作出重要貢獻。通訊作者為工學院特聘研究員陳匡時。該工作得到了國家自然基金、北京市自然科學基金以及青年千人啟動經費的資助。

編輯：江南


相關焦點

  • 工學院陳匡時課題組發表單分子DNA成像技術的綜述
    工學院生物醫學工程系陳匡時課題組在《基因組蛋白質組與生物信息學報》(Genomics Proteomics & Bioinformatics,IF = 6.6)發表綜述文章"Progress and Challenges for Live-cell Imaging of Genomic Loci Using CRISPR-based Platforms"
  • 工學院王前課題組在氮化硼材料的金屬性研究方面取得新進展
    近日，美國化學學會會志Journal of the American Chemical Society(JACS)以全文形式刊發了北京大學應用物理與技術研究中心王前教授課題組及其合作者題為 「Three-dimensional Metallic Boron Nitride」 的研究論文，報導了他們在三維金屬性氮化硼材料的理論設計與研究方面取得的最新進展
  • 活細胞螢光探針研究取得新進展
    近日，《美國化學會志》（JACS）發表北京大學化學學院陳鵬課題組在活細胞螢光探針研究方面取得的新進展 北京大學化學學院化學生物學系陳鵬課題組，巧妙地將一種特異的有機過氧化物識別蛋白（OhrR）與環化的黃色螢光蛋白（cpVenus）相對接，構建了一種特異性識別有機過氧化物的螢光探針，能夠有效地對有機過氧化自由基產生螢光響應，但不與過氧化氫、超氧陰離子、單線態氧、羥自由基等物質發生反應。
  • 工學院謝廣明課題組在仿箱魨機器魚仿魚類側線感知研究方面取得新...
    近期，北京大學工學院謝廣明教授課題組在仿箱魨機器魚仿魚類側線感知研究中取得了新進展謝廣明課題組是國內較早展開仿魚類側線感知研究的團隊，強調以自然為師，向自然學習。該課題組利用傳感器陣列搭建人工側線併集成到機器魚上，賦予機器魚流場環境感知能力，以探究人工側線系統在水下機器人上的實際應用。
  • 工學院謝廣明課題組在多智能體協作領域取得新進展
    近期，工學院謝廣明教授團隊在多智能體系統的編隊控制研究中取得了一系列研究進展，相關論文以長文（full paper）形式發表於控制理論與控制工程學科的國際頂級期刊 IEEE Transactions on Automatic Control。
  • 陳三鳳教授課題組生物固氮調控機理研究取得重要進展
    生物學院陳三鳳教授課題組在生物固氮調控機理研究方面取得重要進展，發現了一種獨特而新穎的固氮調控機制。陳三鳳教授課題組研究發現GlnR作為一種轉錄因子，同時正負調控固氮類芽孢桿菌中固氮基因的表達。有2個GlnR-binding sites分布於固氮基因簇（nifBHDKENXhesAnifV）啟動子上下遊。
  • 工學院楊槐課題組在電場響應型液晶光子晶體研究中取得重要進展
    北京大學工學院楊槐教授課題組在響應型柔性光子晶體研究方面取得重要進展。該研究成果發表於Advanced Functional Materials，論文題目為「Asymmetric Tunable Photonic bandgaps in Self-Organized 3D nanostructure of Polymer-stabilized Blue Phase I Modulated by Voltage Polarity」。
  • 腦智卓越中心關於基因表達動態示蹤的新技術獲進展
    研究通過內源基因的啟動子驅動sgRNA（single-guide RNAs）表達，結合SPH-OminiCMV（CRISPR-activator Suntag-P65-HSF1 and OminiCMV-mCherry）螢光報告系統，實現低豐度基因和lncRNAs（Long non-coding RNAs）基因表達的動態示蹤，建立了一種通用的內源基因轉錄門控系統，為活細胞中實時標記低表達基因和lncRNAs
  • 北大研究團隊開發活細胞成像新技術
    、工學院黃巖誼課題組與化學學院陳興課題組合作完成。 該研究開發了一種全新的活細胞成像技術，利用炔基標記手段並巧妙地應用了受激拉曼顯微成像技術，成功實現了對活細胞的脂類、核酸、蛋白質和糖類等關鍵生物分子的特異性、低幹擾的三維成像，突破了成像標記基團的尺寸極限。
  • 工學院張青課題組鈣鈦礦微腔光子-激子強耦合及雷射器件研究取得進展
    近期，北京大學工學院張青研究員課題組在可見發光的鈣鈦礦納米線微腔的光-物質強相互作用領域取得新進展，為基於激子極化激元的玻色-愛因斯坦凝聚效應實現低閾值微腔雷射器提供了思路。MAPbBr3納米線在glass和SiO2/Ag襯底上拉比劈裂能隨著有效模式體積的變化關係通過空間角分辨螢光光譜，張青課題組在有機-無機混合鈣鈦礦MAPbBr3納米線微腔中首次觀測到該材料體系的激子-極化子激元效應，光子-激子耦合強度隨著納米線的尺寸減小而增加，室溫的拉比劈裂能高達390meV，這項工作發表在
  • 工學院佔肖衛課題組與合作者在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得重要進展
    最近，北京大學工學院佔肖衛課題組與合作者在鈣鈦礦太陽能電池的研究中取得重要進展，相關工作發表在能源領域著名期刊《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）和化學領域著名期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。
  • 工學院段慧玲課題組在金屬材料強度尺寸效應方面取得重要進展
    近日，北京大學工學院段慧玲教授課題組通過理論分析，研究了單晶體金屬材料發生塑性變形時位錯源激活與位錯運動的相互競爭機制對屈服強度的影響，並通過分析多晶體中晶界密度隨樣品尺寸的演化將經典Hall-Petch關係的適用範圍擴展至小尺寸樣品，最終建立了描述宏-微觀尺度晶體金屬樣品屈服強度隨尺寸變化的統一模型。
  • 北京大學張珏課題組在生物電技術提高抗生素產量的研究中取得重要...
    現今，提高阿維菌素產量的主要技術手段包括利用各種誘變劑、基因工程技術和優化菌株發酵培養條件等。但由於發酵周期較長，阿維菌素產量的提升成為其工業生產的一個主要瓶頸。最近，北京大學前沿交叉學科研究院、工學院張珏課題組通過納秒脈衝電場技術成功實現了對阿維菌素產量的高效提升（圖1），並揭示了這種嶄新的生物電技術對阿維鏈黴菌關鍵基因的調控機制（圖2）。
  • 工學院佔肖衛課題組稠環電子受體光伏材料研究取得重要進展
    2017年，北京大學工學院佔肖衛課題組在稠環電子受體光伏材料研究中取得系列重要進展，在化學和材料領域著名期刊《美國化學會志》和《先進材料》發表了4篇論文。有機光伏材料可分為電子給體和電子受體。過去的幾年裡，有機太陽能電池電子給體材料已取得重大突破，無論是高分子還是小分子電子給體與富勒烯類電子受體共混製備的單結電池效率均超過11%。
  • 腦智卓越中心關於基因表達動態示蹤的新技術研究—論文—科學網
    研究通過內源基因的啟動子驅動sgRNA（single-guide RNAs）表達，結合SPH-OminiCMV（CRISPR-activator Suntag-P65-HSF1 and OminiCMV-mCherry）螢光報告系統，實現低豐度基因和lncRNAs（Long non-coding RNAs）基因表達的動態示蹤，建立了一種通用的內源基因轉錄門控系統，為活細胞中實時標記低表達基因和lncRNAs
  • 中國農大任華中課題組在黃瓜果刺發育調控研究中取得進展
    2018年6月1日，Horticulture Research在線發表了中國農業大學園藝學院任華中教授與美國農業部農業研究署蔬菜作物研究中心/威斯康星大學麥迪遜分校翁益群教授為通訊作者的題為「Comprehensive analysis of NAC transcription factors and their expression during fruit spine development in cucumber (Cucumis sativus L.)」的研究論文。
  • 科學家建立一種基因表達動態示蹤的新技術
    2021年1月5日，Nature CellBiology期刊在線發表了題為《通過內源性啟動子驅動的sgRNA監測低豐度轉錄本和lncRNAs的表達》的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所））、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室楊輝研究組和周海波研究組合作完成
  • Nature Cell Biology:一種基因表達動態示蹤的新技術
    該研究建立了一種通用的內源基因轉錄門控系統，為活細胞中實時標記低表達基因和lncRNAs，研究其生物學功能提供了有效工具。 近年來越來越多證據表明，lncRNAs通過調控某些重要編碼基因的表達，不僅參與了腦發育、神經元分化、突觸可塑性的發生發展，而且參與神經系統損傷之後的修復過程。深入研究lncRNAs，將為治療神經系統疾病提供新思路。但是受現有標記技術的限制，對其功能注釋極具挑戰性。
  • 北京大學工學院王啟寧課題組在智能動力假肢能量回收研究方面取得...
    近期，北京大學工學院先進位造與機器人系王啟寧研究員課題組在智能動力假肢能量回收研究方面取得新進展，機器人領域頂級期刊IEEE Transactions on Robotics 於2020年10月8日以長文 (Regular Paper)形式發表了他們題為Energy Regeneration From Electromagnetic
  • 工學院侯仰龍教授課題組在分子影像診療探針領域取得重要進展
    北京大學工學院侯仰龍教授課題組長期致力於低維磁性納米材料的設計合成，研究反應條件、表面結構、界面能等因素對材料成核與生長的影響規律，探索其界面結構、電子結構及微磁學結構與材料表觀性能之間的構效關係，進而在維度、尺寸、形貌、結晶性和異質界面等多個方面實現協同調控。