JCB:陈和的团队开发了一种新的实时监控和定量核糖体RNA生产的LiveArt技术

来源：生物世界2022-11-01 17336032

在人类细胞中，RNA聚合酶I(Pol I)介导数百个拷贝的核糖体RNA基因(rDNA)的转录，合成核糖体47S rRNA，并进一步剪切加工成18S、5.8S和28S rRNA。

在人类细胞中，RNA聚合酶I(Pol I)介导数百个拷贝的核糖体RNA基因(rDNA)的转录，合成核糖体47S rRNA，并进一步剪切加工成18S、5.8S和28S rRNA。这些RNA约占细胞总RNA的60%。核糖体RNA是装配核糖体亚单位的重要成分。因此，Pol I的转录活性控制着核糖体产生和细胞增殖和生长的水平。转录紊乱会导致癌症和其他人类疾病。然而，仍然缺乏对Pol I活性的实时监测和定量方法。

浙江基础医学院/良渚实验室的陈研究员和转化医学研究所的研究员的联合团队在《细胞生物学杂志》上发表了一篇研究论文，题为：活的人体细胞中RNA聚合酶I活性的实时成像。

开发了live art(基于rdna转录的实时成像分析)技术，以实时可视化和量化由单个内源性rDNA位点产生的rRNA的动态变化。ART技术可以动态跟踪细胞有丝分裂过程中rDNA转录沉默和再激活的全过程，首次揭示了间期rDNA的转录动力学和调控规律。

研究表明，LiveArt作为Pol I转录活性的活细胞报告系统，为筛选Pol I活性的调控因子和针对Pol I转录的抗肿瘤药物提供了高效的平台，为进一步研究核仁功能提供了新的可视化方法。

基于MS2/MCP系统的RNA标记技术已广泛应用于RNA聚合酶II(Pol II)活性的定量成像。然而，Pol I的实时转录动力学尚未见报道。最大的挑战是人类基因组约有400个rDNA拷贝，因此很难在单个内源性rDNA位点实时检测Pol I介导的转录动力学。结合MS2/MCP系统的RNA标记方法和CRISPR/Cas9基因编辑技术，通过控制编辑效率和分离单细胞克隆，建立了新生rRNA和成熟rRNA的可视化方法。

本研究结果表明：1)1)LiveArt标记的rRNA位于核仁中，其产生可被Pol I特异性抑制剂(如CX-5461)阻断。2)在3 -ETS或ITS1区插入MS2标签标记的新生rRNA主要集中在转录中心，而在5.8S区插入MS2标签标记的新生和成熟rRNA位于核仁的不同位置。3)LiveArt可以在单细胞水平上监测有丝分裂中rDNA沉默和再激活的过程。4)LiveArt可以敏感地响应Pol I转录的上调和下调。因此，LiveArt技术可用于监测Pol I转录的实时变化。

现有的rRNA探针如J1能结合核仁中的所有rRNA，其结合特异性有待提高。此外，这种标记方法不能用于定量rDNA的实时转录水平。ART有两个显著的优点：1)只有单一或低拷贝rDNA产生的rRNA被荧光标记；2)通过分离单细胞克隆可以获得具有稳定rRNA标记的细胞系。因此，研究人员可以长时间观察Pol I在不同条件下的转录动力学。此外，LiveArt细胞系为筛选Pol I调节基因和针对Pol I的小分子药物提供了一个简单有效的筛选平台.

本研究利用LiveArt技术进行了若干探索：1)通过对rDNA转录的8小时追踪，揭示了Pol I介导的rDNA转录呈现转录爆发模式，并分析了其调控规律。2)结合核仁结构的动态分析，发现rRNA对于细胞分裂末期的核仁重建和细胞间期核仁形态的维持非常重要。3)确定了SRFBP1蛋白在调节Pol I转录中的新作用。4)完成了小规模的药物筛选，结果表明LiveArt可以作为一种新的策略高效地筛选抗肿瘤小分子。

rRNA合成的异常增加已被证明是肿瘤细胞快速增殖的重要分子基础。这一发现开辟了肿瘤治疗的新方向，即寻找选择性抑制Pol I转录的小分子药物。靶向Pol I转录对于肿瘤治疗理论上有两个好处：1)Pol I只转录47S rRNA，不干扰其他RNA的转录，因此可以最大程度避免副作用；2)Pol I的转录在大多数肿瘤类型中异常增加，因此Pol I的选择性抑制剂具有治疗多种癌症的潜力。因此，LiveArt技术将大大加快靶向Pol I抗肿瘤小分子的发现和研发。

浙江大学医学院的博士生傅和是论文的合著者。浙江医学院博士生和本科生文、周子英、陈亚龙、吴昊、顾心怡参加了本研究。浙江基础医学院陈研究员、转化医学研究所研究员为通讯作者。本研究得到了教授、盛副教授、张强研究员等课题组的大力支持和帮助。该项目由浙江省和国家资助。

版权声明

本网站所有标注“来源：100医学网”或“来源：bioon”的文字、图片及音视频资料，版权归100医学网网站所有。未经授权，任何媒体、网站、个人不得转载，否则将追究法律责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：100医学网”。其他来源的文章均为转载文章。本网站所有转载文章都是为了传递更多信息。转载内容不代表本站立场。不想被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户都在使用100医疗网APP随时阅读、评论、分享、交流。请扫描二维码下载-