1962年科學(xué)家們首先在水母體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了綠色熒光蛋白（GFP）,，從那以后，這種神奇的蛋白質(zhì)成為生物學(xué)功能研究的重要工具之一,。在綠色熒光蛋白的幫助下,，研究人員不僅能夠成像觀測基因表達(dá)和蛋白質(zhì)動態(tài)，還可以檢測細(xì)胞內(nèi)離子和小分子濃度,、酶活性,，標(biāo)記細(xì)胞或分子亞群，實現(xiàn)復(fù)雜的動力學(xué)時空分析,。這一突破性的科學(xué)成果以其在后續(xù)數(shù)十年的生命科學(xué)研究中發(fā)揮的巨大作用,，而獲得了2008年度的諾貝爾化學(xué)獎。
近日來自美國威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院（Weill Cornell Medical College ）的研究人員稱他們開發(fā)了一種可以跟GFP蛋白媲美的新型熒光工具,，這種被命名為“Spinach”的RNA-熒光基團復(fù)合物可用于追蹤細(xì)胞內(nèi)各種RNA的功能動態(tài),。這一新技術(shù)將幫助科學(xué)家們揭開與人類生命活動及疾病相關(guān)的RNA的神秘面紗。論文發(fā)表于《科學(xué)》雜志,。
“Spinach為我們提供了一個重要的研究工具,，幫助了解RNA在生物學(xué)中的各種功能，”文章的資深作者,、威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系副教授Samie Jaffrey博士說,。
近年來，隨著生物學(xué)研究的飛速發(fā)展,，RNA在生命活動中所行使的多種生物功能及作用機制不斷獲得深入解析,。“過去科學(xué)家們認(rèn)為RNA的功能僅僅是參與蛋白質(zhì)生物合成，蛋白質(zhì)是細(xì)胞所有生命活動的唯一物質(zhì)基礎(chǔ)，”Samie Jaffrey說：“然而現(xiàn)在我們知道細(xì)胞中存在多種不同類型的RNA,，其中一些RNA并不參與蛋白質(zhì)的合成,，而主要是對細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)和基因表達(dá)起重要的調(diào)控作用。”
在過去的幾年里,，RNA分類研究不斷取得突破性進展,，在揭開編碼蛋白質(zhì)的信使RNA（mRNA）之后，研究人員又發(fā)現(xiàn)了多種影響翻譯及基因表達(dá)的“非編碼”RNA,，并證實某些情況下這些RNA可直接與蛋白質(zhì)結(jié)合對其功能進行調(diào)控,。然而一直以來科學(xué)家們對于這些RNA的作用機制卻知之甚少。
鑒于GFP蛋白在細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)功能研究中的廣泛應(yīng)用,，Jaffrey研究小組提出了一個奇妙的設(shè)想：能否開發(fā)出一種具有GFP相似功能的熒光RNA復(fù)合物,，用于細(xì)胞內(nèi)RNA的動態(tài)研究。
在新研究中,，Jaffrey研究小組的科研人員利用RNA能夠折疊形成復(fù)雜三維形狀的特性,，構(gòu)建了兩個新實體（entities）：一段顯示特異形狀的合成RNA序列，以及一個與RNA結(jié)合后發(fā)射熒光的小分子,。“在這一研究中,，我們面臨著兩個巨大的挑戰(zhàn)，”Jaffrey博士說,，“第一是要獲得能夠激活小分子的RNA序列,，第二則是要找到能夠進行時間控制且對細(xì)胞無毒性作用的熒光小分子。“
Jaffrey等對多種分子進行了嘗試性實驗,，其中大部分由于會與細(xì)胞膜上的油脂結(jié)合發(fā)射熒光或本身具有細(xì)胞毒性而無法將其用于構(gòu)建理想的熒光分子,。最終，研究人員發(fā)現(xiàn)GFP蛋白中就包含了他們一直想尋找的分子——一種熒光基團,。于是研究人員根據(jù)這一熒光基團的形狀合成了一些化學(xué)分子,，并在隨后構(gòu)建了一條能夠銜接這些化學(xué)分子的人工RNA序列。研究人員將他們第一個成功構(gòu)建的“RNA-熒光基團”復(fù)合物命名為“Spinach”,。在進一步的實驗中,，研究人員再度成功構(gòu)建出與Spinach發(fā)射不同熒光波長的多個“RNA-熒光基團”復(fù)合物。
目前威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院的研究人員已開始利用Spinach追蹤細(xì)胞中的非編碼RNA,。“我們實驗室長期以來致力于解析RNA運輸及移位缺陷與兒童發(fā)育性疾病之間的關(guān)系,，通過Spinach，我們觀察到在細(xì)胞壓力應(yīng)激反應(yīng)中一種非編碼RNA發(fā)生了快速的積聚,。”Jaffrey博士說：“我們希望通過Spinach能夠更深入地了解細(xì)胞中的RNA運輸機制,，以及它們在疾病中的受累情況。”
文章的第一作者Jeremy Paige博士表示：“目前在生物學(xué)中還存在大量圍繞RNA的謎題,。在過去科學(xué)家們證實熒光標(biāo)記成像技術(shù)是一種非常強大的研究工具,，我們期望Spinach也能像GFP一樣開啟一條科學(xué)研究的新途徑幫助加速研究發(fā)現(xiàn),。”（生物谷 Bioon.com）
doi:10.1126/science.1207339
PMC:
PMID:
RNA Mimics of Green Fluorescent Protein
Paige, Jeremy S.; Wu, Karen Y.; Jaffrey, Samie R.
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