基于光控RNA结合蛋白的光遗传学技术研究

RNAs function in almost every aspect of cellular biology, including genetic information transfer, transcription and translation regulation, RNA splicing and small molecular sensing. RNA-binding proteins play key roles in regulating different stages of RNA metabolism during the life cycle of RNA, such as RNA splicing, transportation, localization and degradation. Optogenetics has become a booming field in recent years, it allows precise spatiotemporal control of diverse life processes by light. This project intends to obtain synthetic light-switchable RNA binding proteins by flow cytometry based high-throughput screening assay. We plan to fuse the light-switchable RNA binding proteins to RNA endonuclease domain or translation initiation factor to obtain site-specific light-switchable RNA endonucleases or light-switchable translation initiation factors, which will enable unprecedented spatiotemporally controlled RNA degradation and translation in mammalian cells. The RNA optogenetic tools developed in this project will provide novel and useful tools for RNA function study and gene expression regulation, and may advance future gene- and cell-based photodynamic therapies.

RNA广泛参与细胞的多种生命活动，包括遗传信息传递、基因转录与翻译调控、RNA 剪接、分子感应等。RNA结合蛋白在RNA发挥这些功能的过程中承担着至关重要的作用，负责RNA的剪接、运输、定位、降解等。利用光敏蛋白质对细胞各种生命活动进行时间与空间上的精密调控是近些年的研究热点，但目前对RNA功能的调控尚未见报道。本研究将通过合成生物学方法进行设计，利用流式细胞术高通量筛选方法获得光控RNA结合蛋白。以此光控RNA结合蛋白为基础，分别将其与RNA内切酶结构域和翻译起始因子结构域融合，获得位点特异性光控RNA内切酶和光控翻译起始因子，并构建光控RNA降解系统和光控翻译系统。这些系统将允许人们以前所未有的时空精确性调控哺乳动物细胞中RNA的降解和翻译。本项目开发的RNA光遗传学技术不仅将为RNA功能探索、基因表达调控等生命科学基础研究提供创新性工具，还有很大的潜力用于基于基因或细胞的光动力学治疗

RNA广泛参与细胞的多种生命活动，包括遗传信息传递、基因转录与翻译调控、RNA 剪接、分子感应等。RNA结合蛋白在RNA发挥这些功能的过程中承担着至关重要的作用，负责RNA的剪接、运输、定位、降解等。利用光敏蛋白质对细胞各种生命活动进行时间与空间上的精密调控是近些年的研究热点。本研究通过合成生物学方法进行设计，利用流式细胞术高通量筛选方法获得光控RNA结合蛋白。以此光控RNA结合蛋白为基础，我们分别将其与RNA内切酶结构域、翻译起始因子结构域、亚细胞定位信号、剪接因子融合，获得位点特异性光控RNA内切酶、光控翻译起始因子、光控RNA定位因子、光控剪接因子，并利用它们实现对RNA定位、剪接、翻译、降解等多种代谢活动的精确调控。此外，本项目还根据光控RNA结合蛋白的构建思路和方法，开发了全新的光控转录因子，可对酿酒酵母和大肠杆菌细胞内靶标RNA的转录与表达进行时空精确调控。最后，为了更好地表征本项目开发的光遗传学工具的光诱导性质，我们还开发了系列新型荧光RNA，它们可以对活细胞中多种RNA进行实时监测与成像。本项目开发的RNA光遗传学技术不仅将为RNA功能探索、基因表达调控等生命科学基础研究提供创新性工具，还有很大的潜力用于基于基因或细胞的光动力学治疗。