近日，我校生物反应器工程国家重点实验室、光遗传学与合成生物学交叉学科研究中心杨弋教授课题组、朱麟勇教授课题组、浙江大学生命科学研究院任艾明研究员课题组联合在荧光rna研究中取得突破性进展，在国际权威学术期刊《自然—化学生物学》（nature chemical biology）以长篇论文（article）形式在线发表题为“structure-based investigation of fluorogenic pepper aptamer” 的研究文章。
rna具有独特的三维结构和种类繁多的生物学功能，广泛参与细胞的各类生命活动，与多种疾病的发生与发展密切相关。荧光rna是近些年来发展起来的活细胞rna成像技术。与荧光蛋白一样，研究人员只需要将荧光rna的编码序列与靶标rna编码序列融合，在细胞内表达后，即可对活细胞rna进行标记成像。因此，荧光rna是最直接的一种rna标记成像方法，也最有希望成为理想的活细胞rna标记与成像技术。2019年杨弋教授课题组与朱麟勇教授课题组组成的联合攻关团队发展了pepper荧光rna，它在亲和力、稳定性、信噪比、活细胞荧光亮度等方面提升了一到三个数量级，体现了荧光rna从概念到实用的突破，在国际上首次实现了动物细胞内不同种类rna的标记与无背景成像（nature biotechnology, 2019, 37, 1287）。然而， pepper三维结构是什么样子，到底为什么pepper具有如此优秀的性能呢？ 这个谜底的揭示不仅对于pepper荧光rna的进一步优化和应用拓展具有重要意义，还可以为更多高性能荧光rna的创造提供新的思路。
针对上述关键科学问题，研究团队对pepper-hbc复合物的三维结构进行了解析，结果显示，pepper呈现由一个螺旋和一个突出的连接区组成的单体非 g-四链体音叉状结构，包含三个双螺旋p1、p2和p3，并由三个junction区域j1/2、j2/1和j3/2连接。j3/2和j1/2以及p2形成远距离相互作用，帮助维持整体三维结构的稳定。配体hbc结合于整体结构的中心位置，以近平面构象堆积于非g-四联体四碱基平面（u8, g41, u42, g43）和g10-u40非经典碱基对之间，并由碱基对g9-c33从侧面固定，使得hbc配体被pepper rna适配体以纳摩尔级的高亲和力结合并激活。本研究解析的pepper-hbc三维结构信息将为pepper rna适配体和染料分子的优化提供很好理论依据，也将为发展基于pepper的活细胞与活体生物传感、即时诊断甚至实时诊断技术提供极具价值的信息。
论文第一作者为黄凯怡博士和陈显军副研究员，通讯作者为朱麟勇教授、杨弋教授和任艾明研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委项目、上海市教委项目、生物反应器工程国家重点实验室基金、教育部基本科研业务费等经费资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00884-6。
