Science新技术：革新活细胞代谢组学

　　

生物通报道：来自美国康奈尔大学Weill医学院的研究人员发表了题为“Fluorescence Imaging of Cellular Metabolites with RNA”的文章，通过一种修饰过的RNA：Spinach，对核小体中小分子代谢产物进行了成像，从而能实时观测这些代谢产物的变化。这项技术克服了常见GFP方法的缺点，将有可能革新目前代谢组的研究面貌，相关成果公布在Science杂志上。

文章的通讯作者是Weill医学院药理学副教授Samie R. Jaffrey，他表示，“了解代谢产物活动情况将能帮助我们更新，更有效的分析这些产物在疾病中的变化情况，从而找到能恢复病患代谢的新治疗方法。”

“细胞代谢物水平操控着许多细胞功能，正因此次，这些代谢物也是分析细胞在某一特定时间的活动的强有力工具”。举例来说，生物学家们已经知道癌细胞中的代谢是不正常的，这些细胞能改变其葡萄糖的代谢，生成一些特殊降解产物，比如乳酸，产生不同的代谢谱。如果能了解这些代谢异常的机理，那么就能深入分析癌症如何发生发展的。但是迄今为止，在活体中监测代谢变化十分困难。

在这篇文章中，研究人员证明利用一种特殊的RNA序列，就能观测到活细胞中代谢物的水平。这些RNAs就是“Spinach”RNA，这种RNA-荧光基团复合物可用于追踪细胞内各种RNA的功能动态，这提供了一个重要的研究工具，帮助了解RNA在生物学中的各种功能。

具体来说这一复合物是利用RNA能够折叠形成复杂三维形状的特性，构建了两个新结构：其一能显示特异形状的合成RNA序列，另外一段与RNA结合后发射荧光的小分子。研究人员将这种RNA通过基因工程加入到细胞中，并使之在遇到特异性结合的代谢物的时候，才会打开，发出荧光信号。

在这项研究中，研究人员设计了5种代谢物的追踪，包括ADP（ATP的产物，细胞的能量分子），SAM（S-腺苷甲硫氨酸，S-Adenosyl methionine，参与基因活性调控甲基化中）等。Jaffrey说，“在此之前，还未有人能观察到这些代谢物在活细胞中的实时水平变化。”

同时研究人员还将RNA感应器传递进细胞，帮助他们在单细胞中分析靶标代谢物的水平，“您能看到这些代谢物表达水平如何应答通路信号，或者遗传变化的，并且还能治疗异常代谢的药物。”

这种方法克服了常用的绿色荧光蛋白GFP检测方面的缺点，GFP与其它蛋白能通过与代谢物结合蛋白的融合表达，用于检测代谢，在某些情况下，代谢物的结合可以扭曲蛋白，影响荧光成像，但对于大多数代谢物来说，并不能与GFP融合成感应器的合适蛋白。

通过利用RNAs作为代谢感应器，这一问题就得到了解决，“RNA令人叹服之处在于，从本质上来说，其序列能结合到任何想要结合的小分子上面，而且在两个星期的时间内就能完成。”

这种方法将能帮助科学家们分析任何小分子代谢物在细胞中的变化，而且经过研究人员的进一步探索，这一技术还可以用于检测活细胞中的蛋白，和其它分子。

除了基础研究以外，这一技术还可以用于临床研究，Jaffrey表示他们对于大脑神经细胞中代谢物变化十分感兴趣，希望能由此开发出治疗自闭症之类疾病的新方法。（生物通：张迪）

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原文摘要：

Fluorescence Imaging of Cellular Metabolites with RNA

Abstract
Genetically encoded sensors are powerful tools for imaging intracellular metabolites and signaling molecules. However, developing sensors is challenging because they require proteins that undergo conformational changes upon binding the desired target molecule. We describe an approach for generating fluorescent sensors based on Spinach, an RNA sequence that binds and activates the fluorescence of a small-molecule fluorophore. We show that these sensors can detect a variety of different small molecules in vitro and in living cells. These RNAs constitute a versatile approach for fluorescence imaging of small molecules and have the potential to detect essentially any cellular biomolecule.