新进展 | 河北科技大学韩春雨团队开发新的成像工具
iNature
2019年5月13日,韩春雨团队在BioRxiv预印版平台上发表了题为的“Background free tracking of single RNA in living cells using catalytically inactive CasE”的研究论文,该研究开发了一种新型的活细胞RNA追踪成像工具——VN-dCasE-VC,效果和可用性更强。该论文署名单位为河北科技大学基因编辑研究中心,通讯作者为韩春雨,第一作者为高峰。
另外,由于全文不足500字,具体的细节,很难获知。同时,该文章还没有经过同行评审,要正式见刊,可能需要一定的时间。
NgAgo研究成果的回顾
2016年5月3日,韩春雨团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute”的研究论文,该研究发现Natronobacterium gregoryi Argonaute(NgAgo)是一种DNA引导的核酸内切酶,适用于人类细胞的基因组编辑,这一下子使NgAgo火遍全球,广大研究人员去验证其效果,很不幸,没有相关的团队能确定NgAgo有基因编辑的功能。随后引发广泛质疑,2017年8月3日,韩春雨撤回该论文。2018年8月31日,河北科技大学取消了韩春雨所获得的荣誉称号,终止了韩春雨团队承担的科研项目并收回了科研经费,收回了韩春雨团队所获校科研绩效奖励。
南通大学刘东团队在Cell Research发表题为“NgAgo-based fabp11a gene knockdown causes eye developmental defects in zebrafish”的研究论文,该研究发现gDNA / NgAgo可以与靶基因结合以阻断其转录,同时该研究也没有发现NgAgo具有基因编辑的能力。
在2019年1月,华中农业大学张安定,金梅林,韩丽及同济大学项耀祖共同通讯在Nucleic Acids Research在线发表题为“The prokaryotic Argonaute proteins enhance homology sequence-directed recombination in bacteria”的研究论文,该研究发现Nagonobacterium gregoryi Argonaute(NgAgo)以80-100%的效率增强巴斯德氏菌和大肠杆菌中的基因插入或缺失, 有趣的是,在其他pAgos蛋白中也观察到这种效应,包括Thermus thermophilus Argonaute(TtAgo),Aquifex aeolicus Argonaute(AaAgo)和Pyrococcus furiosus Argonaute(PfAgo)。NgAgo作为一种独立于其潜在酶活性的有效阳性选择系统,主要通过其与重组酶A(recA)相互作用的PIWI样结构域来增强recA介导的DNA链交换。 该研究揭示了一种用于增强细菌中同源序列指导基因编辑的新系统。
在2019年4月,Kevin Solomon团队在bioRxiv平台在线发表了题为“NgAgo-enhanced homologous recombination in E. coli is mediated by DNA endonuclease activity”的研究论文,该论文与张安定等人的结果类似。
韩春雨最新论文的解读
CasE是Ⅰ-E型 CRISPR复合物的核心成分,它通过结合特定的茎环区域单独处理pre-crRNA,称之为 CasE Binding S,简称为CBS。CasE保守His20参与催化活性,ΔHis26-TtCse3突变的CasE(dCasE)则失去了催化活性,但仍然与其靶标紧密结合。
在该研究中,通过将 split 荧光与dCasE的N端和C-末端(ΔHis20)融合,构建了活体RNA跟踪工具VN-dCasE-VC。该系统仅在存在靶RNA时才发出荧光,从而增强信噪比。
在活细胞中进行可视化的RNA追踪,不需要特定的亚细胞分布。CasE-GFP和dCasE-GFP在HEK293T细胞中的高水平表达和均匀分布表明CasE和dCasE适合于活细胞中的RNA操作。
为了测试CasE在哺乳动物细胞中表达时是否具有强活性,作者构建了“关闭”报告基因质粒CBS-GFP-N1。它由5'-UTR中的GFP mRNA和CasE结合位点(CBS)组成。当CasE被引入系统时,GFP表达水平急剧下降。
为了进一步测试CasE活性,作者还构建了“开启”报告基因质粒RED-16×CBS-Lin28-C1,其中CBS插入RED单体基因的3'-UTR区和Lin28的上游。Lin28是RNA核保留信号,在其3'-UTR中具有lin28信号的RED单体mRNA几乎不能翻译成蛋白质。
CBS-CasE依赖限制性切断lin28信号并从核释放靶mRNA用于翻译(图1E和图1F)。这些表明CasE可以结合并切割哺乳动物细胞中的CBS。
为了将dCasE-CBS相互作用设计到RNA追踪系统中,作者通过将split-FP5-7与dCasE蛋白结合。发现一个版本,即VN-dCasE-VC很难发出荧光,这可能是由于不正确的折叠或不稳定的状态,但是当与靶RNA(CBS)结合时,可以在荧光显微镜下清楚地捕获荧光信号,即使VN-dCasE-VC表达质粒的转染剂量非常低。
这个示意图画的,真是一言难尽...
接下来作者使用VN-dCasE-VC系统追踪哺乳动物细胞中过表达的β-肌动蛋白(β-Actin)的mRNA,VN-dCasE-VC系统在细胞质中显示出强荧光。此外还观察到,向靶mRNA添加更多CBS可改善信号,荧光追踪更清晰,因此,可以通过增加CBS的数量来检测低丰度的mRNA。
总的来说,韩春雨团队发明了一种新的RNA追踪工具,将其命名为VN-dCasE-VC。该系统能够追踪活细胞中没有背景的特定RNA,通过荧光将其可视化。
目前已有两种活细胞RNA追踪成像工具,一种是MS2,一种是Cas13a,韩春雨团队开发的dCasE系统,成像效果由于MS2,而且,dCasE蛋白的分子量为22kDa,远小于Cas13a的130kDa,dCasE的小分子量更容易递送至细胞内,因此更适合用于活细胞的RNA追踪。
通讯作者:韩春雨
第一作者:高峰
注:部分解析参考自BioWorld。
参考信息:
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz040/5304309
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/597237v1
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