Spinach RNA：活细胞内代谢物质示踪新方法
来源：病理科  作者：石大禹   添加时间：2012年05月08日   点击数:0

活体示踪
　　绿色荧光蛋白（GFP）的发现，使分子生物学的研究发生革命性的变化——科学家能在活体细胞内观察特定蛋白质的含量以及分布，并实时跟踪蛋白质分子的时空改变。
　　通过荧光蛋白示踪的缺点是通过这些荧光蛋白修饰的目标蛋白分子空间构象可能改变，从而影响其功能以及代谢过程；不仅如此，荧光蛋白示踪只能跟踪蛋白质分子，不能用来跟踪核酸和细胞内各种各样的代谢物质。
　　我们知道细胞水平的病理变化表现为细胞内特定的代谢组改变，如肿瘤细胞存在代谢异常，这些细胞对葡萄糖能源的利用存在异常并产生独特的代谢产物如乳酸，从而有不一样的新陈代谢过程。传统的代谢研究方法以及目前的代谢组学方法均不能在活细胞内实时观测某种代谢分子存在水平的变化。

Spinach RNA
　　鉴于GFP在细胞内蛋白质功能研究中的广泛应用，来自美国威尔康乃尔医学院（Weill Cornell Medical College ）的Jaffrey等提出了一个奇妙的设想：能否开发出一种具有GFP相似功能的荧光RNA复合物，用于细胞内RNAs动态研究，更大胆的设想是，这种荧光RNA可以通过特别设计，用于研究细胞内小分子的代谢动态过程。
　　Jaffrey研究小组的科研人员利用RNA能够折叠形成复杂三维形状的特性，构建了两个新实体（entities），一段显示特异形状的合成RNA序列，以及一个与RNA结合后发射荧光的小分子。“在这一研究中，我们面临着两个巨大的挑战，”Jaffrey博士说：“第一是要获得能够激活小分子的RNA序列，第二则是要找到能够进行时间控制且对细胞无毒性作用的荧光小分子。
　　第一个成功构建的“RNA-荧光基团”复合物命名为“Spinach”。 威尔康乃尔医学院的研究人员首先使用Spinach RNA追踪细胞内的非编码RNAs。

小分子代谢物活体示踪
　　既然Spinach RNA用于示踪细胞内的小RNA基于Spinach RNA特定的三级结构，识别并捕获具有特定结构的RNA的Spinach RNA结构可以被设计，那么进一步，可以根据某一分子（不限于RNA）的结构从而设计出针对性的Spinach RNA，捕获并示踪任意目标分子。Jaffrey等进一步设计出了特定的Spinach RNA，追踪细胞内五个不同代谢产物包括二磷酸腺苷、ATP和参与调节基因表达甲基化过程的SAM（S-腺苷蛋氨酸）水平的变化。他说：“在此之前，一直没有人能够实时观察到细胞中代谢产物水平是如何变化的”。
　　Jaffrey表示：“关于RNA令人惊奇的是，你可以得到基本上你想要结合任何一种小分子代谢物的RNA序列。他们可以在几个星期就能生产出来”。然后，这些人造序列融合到Spinach中，并在细胞中以单链RNA的形式表达。 “动态观察到代谢产物的变化将为我们提供新的和强大的武器，方便我们了解代谢在疾病状态下是如何改变的，并帮助我们找到可以将它们恢复到正常水平的方法”。

　　细胞S-腺苷甲硫氨酸成像图，随着每个时间点蛋氨酸（右下）的增加，荧光强度也增高