光控RNA聯(lián)合CRISPR-Cas技術(shù),可時空精確操縱活細(xì)胞的RNA代謝與功能
01
文章背景簡介
BACKGROUND INTRODUCTION
生物遺傳中心法則是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA,再從RNA傳遞給蛋白質(zhì),即完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。RNA,特別是眾多非編碼RNA在多種細(xì)胞活動中發(fā)揮著重要作用。RNA能在細(xì)胞內(nèi)的特定時間和位置表現(xiàn)出復(fù)雜的動力學(xué)和功能,這些動力學(xué)包括其表達、降解、易位、剪接和其他化學(xué)修飾的變化。
RNA結(jié)合蛋白(RBP)在RNA生物學(xué)功能發(fā)揮過程中承擔(dān)著至關(guān)重要的作用。除了自然界存在RNA結(jié)合蛋白以外,人們還利用合成生物學(xué)原理將具有不同功能的結(jié)構(gòu)域與RNA結(jié)合蛋白結(jié)合起來,合成了具有全新功能的RNA結(jié)合蛋白。然而,無論是自然界存在或者是人工合成的RNA結(jié)合蛋白,它們的活性很難被調(diào)控。因此,發(fā)展活性可控的RNA結(jié)合蛋白將有望實現(xiàn)對活細(xì)胞RNA的控制。
光是一個理想的觸發(fā)器,因為它很容易獲得,高度可調(diào),無毒,最重要的是,具有高時空分辨率。在一些研究中,研究人員嘗試通過使用紫外線控制RNA功能。從而實現(xiàn)了對基因表達、核酶活性、CRISPR-Cas功能和蛋白質(zhì)-RNA交聯(lián)的光學(xué)控制。然而,生物學(xué)家對這些方法的接受程度有限,這可能是因為紫外線輻射的毒性以及RNA合成相關(guān)的技術(shù)復(fù)雜性。RNA 功能可能由基因編碼的光開關(guān)RBP進行光遺傳學(xué)控制。光遺傳學(xué)是一種新興技術(shù),基因編碼的光開關(guān)蛋白具有靈活、高時空精度的特點。在真核細(xì)胞中,許多蛋白質(zhì)被認(rèn)為具有RBP的功能,它們控制著RNA代謝的幾乎所有方面,包括轉(zhuǎn)錄、加工、翻譯、周轉(zhuǎn)和細(xì)胞定位。然而,關(guān)于天然光控制RBP的報道極為罕見。
2022年1月3日,華東理工大學(xué)Renmei Liu等在《Nature Biotechnology》(生物1區(qū)IF=54.908)發(fā)表了題為“Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins ”的文章。該研究基于合成生物學(xué)及光遺傳學(xué)原理并結(jié)合全新的高通量篩選策略成功構(gòu)建了系列光控RNA效應(yīng)因子,實現(xiàn)了動物細(xì)胞內(nèi)RNA生成、剪接、運輸、翻譯、降解等代謝活動的時空精密控制。
02
所用到的主要方法
METHODS
1. 蛋白質(zhì)表達和純化
2. 光譜分析
3. 分子排除色譜
4. 細(xì)胞培養(yǎng)和轉(zhuǎn)染
5. 雙分子熒光互補技術(shù)BiFC
6. RT-qPCR
03
文章主要內(nèi)容摘要
ABSTRACT
RNA結(jié)合蛋白(RBP) 在細(xì)胞環(huán)境調(diào)節(jié)RNA功能方面發(fā)揮著重要作用,但我們在時間和空間上控制RBP活性的能力是有限的。本實驗中描述了LicV 工程,這是一種可光切換的RBP,它與特定的RNA序列結(jié)合以響應(yīng)藍(lán)光照射。當(dāng)與各種RNA效應(yīng)器融合時,LicV允許對細(xì)胞培養(yǎng)中的RNA定位、剪接、翻譯和穩(wěn)定性進行光遺傳學(xué)控制。此外,LicV 輔助的CRISPR-Cas系統(tǒng)允許對轉(zhuǎn)錄和基因組位點標(biāo)記進行有效和可調(diào)的光開關(guān)調(diào)節(jié)。這些數(shù)據(jù)表明,光可切換RBP LicV,從而可以作為可編程支架,用于合成RNA 效應(yīng)器的時空控制。
本文中構(gòu)建了國際上首個人工合成的光控RNA結(jié)合蛋白LicV,并將LicV與CRISPR-Cas系統(tǒng)結(jié)合起來,發(fā)展了全新的LA-CRISPR系統(tǒng)。
原文標(biāo)題 : 光控RNA聯(lián)合CRISPR-Cas技術(shù),可時空精確操縱活細(xì)胞的RNA代謝與功能
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