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Nature子刊最新发布超先进RNA成像

【字体: 时间:2021年03月02日 来源:

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  由于缺乏合适的荧光标记,目前通过光学荧光显微镜直接观察RNA受到了严重限制。 海德堡大学和卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员设计了一种新的荧光成像方法,使活细胞RNA成像具有前所未有的分辨率。

核糖核酸(RNA)是各种基本生物过程的关键。它传递遗传信息,将其转化为蛋白质或支持基因调控。为了更详细地了解它的精确功能,海德堡大学和卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员设计了一种新的荧光成像方法,使活细胞RNA成像具有前所未有的分辨率。

由于缺乏合适的荧光标记,目前通过光学荧光显微镜直接观察RNA受到了严重限制。

新方法是基于一种名为罗丹明结合适体(Rhodamine-Binding Aptamer)分子标记的超分辨率成像技术(RhoBAST)。将基于RNA的荧光标记与染料罗丹明结合使用。由于其独特的性质,标记物和染料以一种非常特殊的方式相互作用,使得单个RNA分子发光。然后可以使用单分子定位显微镜(SMLM)使它们可见。

RhoBAST由海德堡大学药物与分子生物技术研究所(IPMB)和KIT应用物理研究所(APH)的研究人员合作开发。他们创造的标记在基因上是可编码的,这意味着它可以与细胞产生的任何RNA的基因融合。RhoBAST本身是非荧光的,但通过以一种非常特殊的方式与细胞结合,使细胞可渗透的罗丹明染料发光。这导致RhoBAST染料复合物的荧光显著增加,“这是获得优秀荧光图像的关键要求,”IPMB的Murat Sunbul博士解释说。“然而,对于超分辨率RNA成像,标记需要额外的特性。”

研究人员发现,每一个罗丹明染料分子在再次分离之前,只与RhoBAST结合了大约一秒钟。在几秒钟内,这个过程会在一个新的染料分子中重复。”APH的Gerd Ulrich Nienhaus教授说:“很难发现强效相互作用——如RhoBAST和罗丹明之间——结合异常快速的交换动力学。”。由于罗丹明只有在与RhoBAST结合后才会发光,因此标记物和染料之间不断出现的相互作用会导致不停的“闪烁”。“这种‘开关开关’正是我们进行SMLM成像所需要的,”Nienhaus教授继续说。

与此同时,RhoBAST系统解决了另一个重要问题。一般的荧光图像是在激光照射下采集的,激光照射会随着时间的推移破坏染料分子。快速的染料交换确保光漂白的染料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,这可以极大地提高图像分辨率。

海德堡和卡尔斯鲁厄的研究人员在这篇文章中可视化了肠道细菌(大肠杆菌)和培养的人类细胞内的RNA结构,以极好的定位精度证明RhoBAST作为RNA标记物的卓越特性。我们可以利用超分辨荧光显微镜揭示以前看不见的亚细胞结构和涉及RNA的分子相互作用的细节。这将使我们对生物过程有一个全新的认识。

原文检索:Super-resolution RNA imaging using a rhodamine-binding aptamer with fast exchange kinetics. Nature Biotechnology

(生物通:伍松)


 

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