可切换RNA基序实现RNA凝聚态动态转录调控的创新研究

研究人员针对RNA凝聚态动态调控的难题，创新性地设计了包含线性分支环域的可切换RNA纳米星（NS）基序，通过RNA"入侵者"（invader）和"抗入侵者"（anti-invader）的协同作用，实现了RNA凝聚态的可逆溶解与重构。该研究在《Nucleic Acids Research》发表，为合成生物学提供了响应性自组织生物材料的工具包，特别在人工无膜细胞器构建领域具有重要应用价值。

　　

在生命科学领域，生物分子相分离形成的无膜细胞器（membraneless organelles）正引发研究热潮。这些由弱多价相互作用驱动的动态结构，在RNA加工、DNA修复等细胞过程中扮演关键角色。然而，如何实现对人工RNA凝聚体的精确动态调控，仍是合成生物学面临的重要挑战。加州大学洛杉矶分校与奥胡斯大学的联合团队在《Nucleic Acids Research》发表突破性研究，通过工程化RNA纳米星（nanostar, NS）基序，首次建立了可逆调控的RNA凝聚系统。

研究采用两种创新策略：一是通过茎区引入单链悬垂（toehold）促进链入侵；二是设计分支吻环（branched kissing loop, bKL）结构。关键实验技术包括：1）NUPACK软件设计三臂RNA纳米星；2）体外共转录生产凝聚体系统；3）SYBR Gold染色荧光显微成像；4）弦长分布（CLD）定量分析；5）天然/变性PAGE验证RNA结构。

【RNA凝聚态】部分证实，含15bp臂和GCGCGU吻环（KL）的RNA纳米星能通过共转录形成典型凝聚态。

【toehold介导的链入侵】显示，6-8nt toehold设计能有效抑制凝聚形成，10x invader模板可使已形成的凝聚体在2小时内溶解。

【分支吻环入侵】部分证明，含3个bKL的NS系统在invader作用下完全溶解，而1-bKL设计仅部分抑制。

【抗入侵恢复】实验成功实现凝聚态循环调控，100x anti-invader可使6nt toehold系统在3小时内恢复凝聚，非回文KL设计避免抗入侵干扰。

该研究开创性地建立了RNA凝聚态动态调控平台，其技术优势体现在：1）等温共转录实现"一锅法"调控；2）模块化设计兼容蛋白募集域；3）正交性支持多凝聚体系并行操作。Anli A. Tang和Martin Vincent Gobry等开发的系统不仅为体外合成生物学提供新工具，更为理解天然RNA在生物凝聚体中的作用机制提供模型。未来通过优化bKL序列和NS流动性，可进一步提升调控效率，在代谢工程、基因治疗等领域展现应用潜力。这项发表于《Nucleic Acids Research》的工作，标志着人工无膜细胞器研究迈入动态可控的新阶段。