基于生物正交官能团修饰微小核糖核酸的化学生物学研究

MicroRNAs (miRNAs) are a class of noncoding RNAs that are extensively involved in cellular processes by negatively regulating gene expression. Exploration of intracellular miRNAs and their relative biological function is still limited by the shortage of proper strategies. Development of novel strategies is thus essential and critical for chemical-biological studies on miRNAs. We propose to modify miRNAs with biorthogonal groups and develop required strategies by using corresponding bioorthogonal chemistry for promoting the investigation on intracellular miRNAs. First, we will develop chemical strategies for modification of miRNAs with bioorthogonal groups that will not interfere with miRNA function. With miRNAs tagged with bioorthogonal groups and corresponding bioorthogonal chemistry, we will try to realize labeling of intracellular miRNAs in living cells for imaging and isolation of bio-species interact with intracellular miRNAs for target identification.

微小核糖核酸作为细胞内的一种重要的非编码核酸具有调控基因表达等重要的生物功能，但在观察其在细胞内的行为和阐释其发挥生物功能的机制方面尚有大量需要解决的难题，发展针对细胞内miRNA研究的新化学生物学方法和工具因而具有重要性和迫切性。本项目拟通过生物正交官能团对miRNA的修饰，结合生物正交反应发展细胞内miRNA化学生物学研究中可用的系列新方法，具体包括可保持miRNA功能的修饰方法、低丰度miRNA的成像、多种miRNA所结合的生物靶标的同时鉴定。项目将生物正交反应用于miRNA相关研究中，拟解决细胞内低丰度miRNA的示踪及细胞内与miRNA直接作用的生物大分子的富集和分离这两个重要的科学问题，具有挑战性同时创新性强。项目有较为坚实的前期研究基础，研究队伍在化学合成和miRNA研究的交叉领域具有丰富的研究经验，因此项目具有可行性。

微小核糖核酸作为一种内源性的基因调控分子，近年来一直是化学生物学研究领域中的热点。以微小核糖核酸作为靶标生物分子，在本项目中我们通过发展新型光诱导生物正交反应以及结合现有光催化生物正交反应开展了一系列的微小核糖核酸化学生物学研究，具体包括：（一）发展了新型可见光诱导的生物正交反应，实现了活细胞内生物分子的时空分辨标记；（二）结合光诱导的生物正交反应发展了细胞内微小核糖核酸靶基因鉴定新方法；（三）结合光诱导的生物正交反应发展了细胞内微小核糖核酸示踪成像新方法；（四）基于光诱导的生物正交反应构建光敏超分子水凝胶实现三维环境下微小核糖核酸运输新手段；（五）结合光诱导的生物正交反应构建功能短肽实现了微小核糖核酸的靶向运输、治疗及功能成像。这些研究成果为针对miRNA的化学生物学研究提供了新的工具或方法，也将为针对miRNA的疾病治疗提供新的工具或理论基础。基于这些研究成果，本项目总计发表SCI论文七篇。