RNA适配体的精确自组装及其在单细胞原位动态监测中的应用

Tumor is one of the major diseases threatening human health and life. As a specific target, tumor-related mRNA has been widely used in the diagnosis, prevention and treatment of tumors. Since the pathogenesis of tumor is firstly start from the genetic mutation of individual cells, the study of physiological process evolution and precise treatment requires the understanding of distribution and heterogeneity information of cancer cells. Based on the excellent properties of brightness and light stability of RNA adapter Corn and 3, 5-difluoro-4- hydroxybenzylidene-imidazolinone-2-oxime (DFHO), we aim to engineer an RNA induced turn-on fluorescence enhancement method for imaging mRNA by splitting corn into two fragments. The two fragments stay in the off state along with DFHO without target. When the target existed, the two fragments are bought into proximity to generate heterodimers G-quadruplexs of Corn and sandwiches DFHO, thus converts it to a yellow fluorescent. This strategy can realize in situ fluorescence imaging of mRNA target without prior modification and open new avenues in vivo visualization analysis of biological significance of RNA/RNA interaction, early diagnosis and treatment of tumor.

肿瘤是威胁人类健康及生命的重大疾病之一，作为特异性新靶标，肿瘤相关mRNA已广泛用于恶性肿瘤诊断与防治。研究该疾病演变的生理过程，制定个性化的精准治疗方案，不仅要了解相关mRNA标志物的存在，更要理解其在细胞中的分布及异质性信息，而目前常用的检测手段如聚合酶链式反应（PCR）无法满足该要求。本项目针对这一需求，结合RNA荧光适配体Corn在亮度和光稳定性上的优异性质，拟开发新型目标物诱导RNA探针精确自组装的方法，利用两段RNA探针特异性识别目标物后，自组装成头对头型适配体Corn的G-四链体空间结构，从而激发3，5-二氟-4-羟基亚苄基咪唑啉酮-2-肟（DFHO）荧光增强的原理，实现单细胞层面上多种内源性mRNA原位动态监测。该方法无需探针的提前修饰便可实现目标RNA的原位成像和长时间观察，为RNA/RNA相互作用的体内可视化和肿瘤等重大疾病的发生机理、早期诊断和精准治疗提供技术支撑。

在细胞层面实现肿瘤相关标志物的定位和追踪，对于生命科学研究以及重大疾病的早期诊断均有重大意义，一直是生物学研究的热点和难点。我们以研究肿瘤早筛为出发点，基于RNA适配体Corn尺寸小，生物相容性好及优异的光稳定性特点，开发了新型目标物诱导的RNA探针精确自组装方法，利用Corn的精确自组装，激发3，5-二氟-4-羟基亚苄基咪唑啉酮-2-肟（DFHO）荧光增强的原理，实现活细胞层面上肿瘤特异性RNA原位监测，该方法所用探针易于合成，并可通过识别位点的改变实现其他标志物的检测，背景干扰小且抗光漂白能力强，为具有生物学意义的 RNA/RNA 相互作用的体内可视化分析和肿瘤等重大疾病的发生机理、早期诊断和制定精准治疗方案提供技术支撑。本项目完成了预期的研究目标。到项目结题止，以第1作者或通讯作者身份发表SCI文章5篇，包括ACS Sensors (IF=9.618), Advanced Functional Materials (IF=19.924), Sensors and Actuators B: Chemical (IF=9.221)等；申请专利6项，其中2项已授权；培养研究生4名。