MIT牛人发布可编程的RNA控制工具

　　

生物通报道：MIT研究团队开发了可以追踪和操纵基因表达的模块化可编程蛋白，并将这一强大的研究工具发表在四月二十六日的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

这些蛋白能够自定义结合任意RNA序列，“在生物和生物工程领域有广泛的应用，”这篇文章的通讯作者，MIT副教授Edward Boyden说。举例来说，人们可以用这一技术成像活细胞中的RNA，监控特定的RNA链，甚至控制RNA的活性。

MIT研究人员改造了一种引导人类胚胎发育的RNA结合蛋白（PUM同源结构域）。这些蛋白包含可以结合RNA四种碱基（A、T、U、G）的氨基酸序列，近年来科学家们一直希望将其开发成实用的研究工具。不过迄今为止，设计针对特定RNA序列的蛋白仍然需要反复尝试。

研究人员测试了许多氨基酸组合，最终建立了模块化的可编程蛋白体系，并将其命名为Pumby（Pumilio-based assembly）。研究显示，Pumby能够有效靶标长度为6-18个碱基的RNA序列。

操纵RNA

研究人员在体外培养的人类细胞中展示，Pumby可以精确标记mRNA分子，确定它们的翻译频率。他们设计了两个结合相邻RNA序列的Pumby蛋白，它们分别连有半个绿色荧光蛋白（GFP）。当两个Pumby蛋白找到目标序列的时候，GFP分子就合二为一发出荧光。研究人员还发现，mRNA分子每翻译一次GFP就会被敲掉，等翻译完成的时候另一个GFP再结合上来，总体荧光信号增强。在此基础上可以计算mRNA被读取的频率。

Pumby也可以用来刺激目标mRNA的翻译。研究表明，给Pumby蛋白连上翻译起始子，就能显著提升mRNA分子的翻译频率。这一技术能够在完全不影响基因组的情况下，上调细胞中任意基因的翻译水平。Pumby还可以用来搭建分子装配线，将一系列酶集合起来生产药物或其他目的分子。

Edward Boyden是生物工程和神经学领域的著名学者，致力于开发探索复杂生物体系的分析工具。2015年，Boyden作为光遗传学技术先驱与斯坦福大学的Karl Deisseroth一同获得了生命科学突破奖。这是俄罗斯亿万富翁Yuri Milner等企业家共同设立的一个巨奖，主要奖励在生命科学等领域取得重要成就的科学家，给他们提供更自由和更多的机会，帮助他们取得更大的成就。（更多信息请参见：生命科学突破奖：2位科学家因光遗传技术获奖）

光遗传学技术主要是通过光照控制大脑的神经元活性。这一技术依赖抑制或刺激神经元电信号的光敏蛋白，还需要将光源植入大脑，让光到达需要控制的细胞。Boyden领导的研究团队开发了一个新型光敏蛋白（Jaws），它们可以响应头骨外的光源，实现非侵入性的神经元控制。这种蛋白无需植入光源，适用于长期研究，能影响大范围的组织。Boyden的这项研究为光遗传学技术的临床应用奠定了基础。（更多信息请参见：Nature子刊：光遗传学技术获得重大突破）

显微镜一直是生物学研究中的重要工具，随着技术的发展显微镜的分辨率在不断提高。现在超高分辨率显微镜已经突破了光学显微镜的衍射极限（200nm），不过这样的仪器造价相当昂贵。Edward Boyden及其同事通过一种巧妙的方式让普通共聚焦显微镜也突破了衍射极限。他们从组织样本下手，利用一种吸水膨胀的聚合物将组织样本整体放大。这种方法非常简单成本也很低，让超高分辨率成像变得触手可及。（更多信息请参见：Science：低成本的超高分辨率成像）

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：Programmable RNA-binding protein composed of repeats of a single modular unit