1. 首頁 > 健康養生 > >

經驗分享：活細胞RNA成像技術及其在生物醫學中應用研究進展( 四 )

健康知識養生常識


2.2
前mRNA剪接是高等真核生物基因表達的重要過程 ， 需要很高的準確性 。 轉錄后 ， mRNA分子通過RNA剪接過程進行加工 。 不編碼蛋白質的mRNA部分被切掉 ， 然后再將這些片段重新拼接在一起 。 在RNA剪接加工方面 ， 研究者利用活細胞RNA成像技術取得了一系列新發現 。 Martin等[62]利用RNA成像技術成像內含子序列 ， 發現內含子壽命因剪接位點強度而異 ， 強剪接位點內含子的壽命明顯縮短 。 β-珠蛋白內含子在20~30s內被轉錄和切除 。 轉錄是影響長內含子剪切速率的主要因素[62] 。 RNA成像分析表明剪接與轉錄同時或在轉錄結束后發生 ， 轉錄后剪接比共轉錄剪接發生更為頻繁[72] 。 剪接內含子不是按預定順序去除的 。 相反 ， 剪接體對剪接位點的選擇表現出極大的隨機性 。 剪接體不是通過在每一端切割來切除完整的內含子 ， 而是經常在內含子內部進行切割 ， 通過多個步驟將其去除[63] 。 RNA剪接是高度動態且瞬時發生的 ， 利用活細胞RNA成像技術能捕捉并揭示剪接動力學 ， 有利于理解剪接的發生及調節等過程 。 前mRNA中剪接因子或調控元件的變異通常會導致人類許多疾病 ， 如剪接因子的變異可導致癌癥的產生 ， 并影響了約50%的骨髓增生異常綜合征患者[73] 。 因此 ， 利用活細胞RNA成像技術也可用于研究剪接障礙所致疾病的發病機制研究 。
2.3
mRNA轉運和正確定位十分重要 。 各種蛋白質的轉錄本以多種方式在細胞質中運輸 ， 包括沿著肌動蛋白絲、沿著微管或通過簡單的擴散 。 研究表明 ， 核編碼的mRNA能定位在線粒體表面 ， 但其生物學意義不清楚 。 通過MS2/MCP系統在活細胞內成像這類mRNA的定位 ， 發現當酵母細胞耗盡葡萄糖時 ， 能量的獲取途徑從發酵轉變為氧化磷酸化 ， 線粒體體積增大 ， 會使更多的核編碼mRNA在線粒體表面進行定位 ， 并促進蛋白質生成來響應細胞能量需求的變化[61] 。 RNA轉運研究是一個快速發展的領域 ， 其結合了不同的實驗方法 ， 其中單分子成像技術占有重要地位 。 利用單分子成像技術顯示了亞細胞mRNA分布和mRNA表達在細胞間的差異性 ， 而這些結果是生化檢測方法難以獲得的 。 mRNA定位及其轉運障礙也能導致發育和神經系統疾病以及癌癥[74-75] ， 如met-BDNFmRNA在樹突中的運輸障礙導致人的情景記憶受損和抑郁癥[76] 。 利用活細胞RNA成像技術有助于理解疾病模型中mRNA定位錯誤、運輸障礙所致疾病的發病機制研究 。
2.4
翻譯是在細胞核中DNA轉錄為RNA后 ， 細胞質或內質網中核糖體合成蛋白質的過程 。 研究者將RNA成像技術與Suntag熒光擴增技術（標記新生肽鏈）相結合 ， 巧妙地在單分子水平上對蛋白質翻譯動態進行解析 。 在翻譯過程中 ， 核糖體延伸速度約為每秒5個氨基酸 ， 起始速率為每1~4min一次[77] 。 在初級神經元中 ， mRNA在遠端樹突里的翻譯被抑制 ， 但能在近端樹突被翻譯并表現出“爆發性”翻譯[78] 。 另一項研究表明 ， 翻譯中的mRNA并非靜止 ， 而是和新生蛋白質一起移動 ， 且mRNA翻譯效率具有空間異質性 ， 這可能取決于其亞細胞定位[64] 。 mRNA在核質中的特定基因組位點合成 ， 穿過細胞核和核孔 ， 并在正確的時間和地點產生蛋白質 。 一些mRNA需要遞送到特定的細胞質進行局部翻譯 ， 這在多種生物學過程中發揮著重要作用 ， 如胚胎發生過程中的空間模式、細胞命運決定、不對稱細胞分裂、細胞極性和運動、信號轉導和神經元突觸功能[79] ， 利用活細胞RNA成像技術實時動態追蹤轉運的mRNA ， 有助于理解和研究這些生物學過程的發生以及RNA的行為意義 。 RNA成像技術是研究活細胞中單個mRNA時空翻譯機制的重要工具 。