DNA和RNA可折叠成精确纳米结构，已经被广泛运用到生物学和生物医学的领域中，这些核酸精确自组装的纳米结构也为可编程的分子识别提供了一种强有力的工具。在过去的十年中，一系列复杂的核酸电路已经被设计并应用于生物分析领域，其中，催化发夹组装（CHA）被证明具有信号放大效率高、背景低、响应速度快等优点。基于高度灵敏和靶向特异的CHA反应设计的DNA电路已经被应用于各种体外检测，其中包括各种核酸、蛋白质和小分子的定量分析。不过若要使用这些DNA电路去进行细胞内检测或基因调控，会面临DNA分子的生物递送效率低和细胞内易降解等问题。同样作为核酸的RNA分子却可以在细胞内通过基因编码进行转录生成。因此，基于RNA分子设计的CHA电路在细胞内生物检测领域具有十分巨大的潜力。
近日，美国马萨诸塞大学的尤明旭团队报道了一种基于遗传编码RNA分子设计的CHA电路用作活细胞内RNA的灵敏成像。通过基因编码技术，细胞可以自动转录生成RNA发夹H1和H2。其中，Broccoli RNA适体被分裂成两部分，分别连接在H1和H2上。当有目标RNA分子存在时，一个目标RNA分子可以催化触发多个H1和H2组装，生成数个Broccoli适体，结合小分子DFHBI-1T后产生荧光信号。，从而通过信号放大灵敏地检测低浓度的目标RNA。这个基于遗传编码RNA分子设计的CHA电路被命名为CHARGE，并被成功应用于细菌内的低浓度RNA分子成像。实验数据显示，在单个细胞中，低至只有110个拷贝副本的目标RNA分子可在30分钟内被成功检测到，证明了此设计的确可以对细胞内低浓度RNA分子进行高效灵敏地检测。
与此同时，CHARGE的设计也具有在真核细胞中进行RNA灵敏成像的潜力。而且，通过设计各种CHARGE电路，也可以实现细胞内其他RNA，蛋白质和小分子的检测，并可以进一步地用于遗传调控。该研究为实现遗传编码的RNA电路在细胞内应用开辟了新的道路。
该论文作者为：Aruni P. K. K. Karunanayake Mudiyanselage, Qikun Yu, Mark A. Leon-Duque, Bin Zhao, Rigumula Wu, Mingxu You*
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Genetically Encoded Catalytic Hairpin Assembly for Sensitive RNA Imaging in Live Cells
J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 8739-8745, DOI: 10.1021/jacs.8b03956
导师介绍
尤明旭
http://www.x-mol.com/university/faculty/49888
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