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在生物发育过程中，mRNA 翻译的精准调控意义重大。为解决现有基因表达调控技术的不足，研究人员开展了利用光保护 mRNA（FlashCap - mRNA）对斑马鱼胚胎翻译进行时空控制的研究。结果表明该技术可行，为发育生物学研究提供了新工具。
在生命的微观世界里，mRNA（信使核糖核酸）就像一本本 “生产指南”，指导细胞合成各种蛋白质，这些蛋白质则是维持生命活动的关键 “小能手”。在生物的生长发育进程中，mRNA 翻译的精准调控尤为重要，就像一场精密的交响乐演奏，每个音符（基因表达）都要在正确的时间、正确的地点奏响，才能谱写出和谐有序的生命乐章。然而，目前的研究技术在这场 “演奏会” 中却遇到了不少难题。
传统的基因表达调控方法，有的操作繁琐，比如构建特定的斑马鱼品系来实现基因表达调控，不仅耗时费力，而且所需的启动子或增强子也并非总是能轻易获得；有的调控效果不理想，像条件诱导的基因表达，从信号传导到转录、翻译需要较长时间，无法满足研究即时效应的需求；还有的存在准确性问题，例如使用吗啉代寡聚核苷酸（morpholino oligomers）敲低基因功能，其结果与基因敲除突变体的表型相关性较差。
在这样的背景下，德国明斯特大学（University of Münster）和慕尼黑大学（Ludwig - Maximilians - Universit?t München）的研究人员决心探索新的解决方案。他们开展了一项利用光保护 mRNA（FlashCap - mRNA）对斑马鱼胚胎翻译进行时空控制的研究。研究发现，FlashCap - mRNA 能在斑马鱼胚胎中保持翻译沉默状态，直到受到光照激活，且这种激活可以实现时空精准调控。这一成果意义非凡，为发育生物学研究提供了一种全新且高效的工具，就像是给科学家们配备了一把能精准调控生命微观进程的 “魔法钥匙”。该研究成果发表在《Communications Chemistry》上。
研究人员在此次研究中用到了多个关键技术方法。首先是体外转录技术，通过该技术将 FlashCap 或正常的 5′帽（如 m7GpppG）添加到 mRNA 上，制备出用于实验的 mRNA。其次是光照激活技术，利用特定波长的光（如 365nm 或 405nm 激光）照射胚胎，实现对 FlashCap - mRNA 翻译的激活。最后，借助共聚焦显微镜技术，对胚胎中 eGFP（增强型绿色荧光蛋白）的表达情况进行观察和分析 。
研究结果
- FlashCap - mRNA 在细胞中的稳定性及激活效果：研究人员制备了带有广泛使用的 α - 珠蛋白 3′ UTR 的 FlashCap - eGFP mRNA 用于细胞研究。在 HeLa 细胞实验中，转染后 6 小时和 12 小时分别用 365nm 光照射 15 秒激活翻译。结果显示，6 小时照射时，转染 FlashCap - capped eGFP - mRNA 的细胞发出绿色荧光；12 小时照射时，虽然荧光信号强度降低，但仍能观察到绿色荧光。这表明 FlashCap - mRNAs 在细胞中具有一定稳定性，转染后至少 12 小时内仍可被光激活进行翻译。
- FlashCap - mRNA 在斑马鱼胚胎中的翻译调控：
- 整体激活效果：研究人员向斑马鱼受精卵的卵黄中注射 FlashCap - eGFP mRNA，在黑暗中胚胎仅发出微弱绿色荧光，表明 FlashCap - mRNA 在胚胎中保持翻译沉默。在胚胎发育的不同时间点（2hpf - 14hpf）用 365nm 光照射 20 秒后，胚胎均能产生强烈绿色荧光，信号强度与注射 cap0 - eGFP mRNA 且照射的阳性对照组相当，说明 FlashCap - mRNA 在斑马鱼胚胎中可被光有效激活翻译，且在胚胎发育的多个阶段都能实现这种激活。
- 激活时间与检测窗口：研究人员在胚胎注射后尽早照射，并每隔 2 小时进行成像。结果发现，光脱保护的 FlashCap - eGFP mRNA 最早在照射后 2 - 4 小时可检测到 eGFP 蛋白表达。在单细胞水平实验中，注射 FlashCap - eGFP mRNA 后立即照射，3 小时后在单细胞悬浮液中即可检测到 eGFP 表达，5 小时时表达进一步增强，表明在单细胞水平上，激活 FlashCap - eGFP mRNA 后约 3 - 5 小时可检测到明显的 eGFP 信号。
- 空间控制效果：为探究 FlashCap - mRNA 能否在斑马鱼胚胎特定区域激活翻译，研究人员在 24hpf 时对注射了 FlashCap - eGFP mRNA 的胚胎进行局部照射实验。他们用 405nm 激光对胚胎躯干特定区域进行照射，48hpf 时观察发现，照射区域产生了明显的 eGFP 荧光信号，相邻区域也有一定程度的 eGFP 表达，但靶区域外存在较弱的 eGFP 表达，可能是由于 FlashCap 系统的泄漏、胚胎操作过程中的光照或其他环境因素导致。这一结果证明，在斑马鱼胚胎中可以实现对 FlashCap - mRNA 翻译的空间控制。
研究结论与讨论
这项研究首次在活体生物中展示了 FlashCap - mRNA 的翻译激活过程，证明了利用光激活 mRNA 翻译的体内可行性。FlashCap - mRNA 在斑马鱼胚胎中稳定性良好（超过 24 小时），这使得研究人员能够在不同发育阶段标记特定细胞群或组织，为发育生物学研究提供了有力工具。不过，目前未照射的 FlashCap - eGFP mRNAs 存在一定的基线表达，后续需要进一步改进技术，降低这种基线表达，以更好地研究一些关键基因，如显性负性构建体等，避免非照射组织中微弱的背景表达影响正常发育研究。总的来说，该研究成果为 mRNA 技术在靶向治疗领域的应用开辟了新方向，有望推动相关领域的进一步发展。
