近日，我所生物技術研究部分子探針與熒光成像研究組（1818組）徐兆超研究員團隊基于萘酰亞胺熒光團，協同調控供體和胺基側鏈，開發了一系列RNA探針，并從中篩選出具有高RNA選擇性、高亮度、強核仁靶向性的探針，實現了核仁的超分辨成像。團隊通過聯合核仁相關蛋白的熒光標記，實現了核仁多組分四色超分辨3D成像，觀察到核仁RNA和NPM1蛋白分布的異質性和動態性，以及核仁RNA的實時動態變化過程。該工作為RNA配體的設計提供了新思路，同時也為核仁的超分辨成像提供了新型的可視化工具。
核仁在核糖體生物發生、細胞周期調節、細胞應激反應、細胞衰老調節和免疫等方面起著至關重要的作用。作為細胞內最大的無膜細胞器，核仁是由特定的蛋白質和核酸通過液-液相分離形成。深入解析核仁多組分所構成的精細結構對于揭示其復雜的功能具有重要意義，超分辨成像技術在這一研究方向已發揮了關鍵作用。然而，目前的超分辨成像的方法依賴于核仁相關蛋白的熒光標記，缺乏高性能熒光探針標記核仁RNA，限制了對核仁全面精細結構的揭示。
研究團隊前期開發了可逆結合并識別RNA的核仁“緩沖熒光探針”Nu-AN，實現了對核仁形態的可視化（Adv. Sci.，2024）。盡管該探針具有良好的可逆結合特性，但其亮度較低，限制了在超分辨成像中的應用。在本工作中，研究團隊基于萘酰亞胺熒光團，通過調控供體和分子的平面性來優化熒光響應能力，以及通過修飾胺基側鏈，增強了RNA的結合力和核仁靶向性，共合成了24種RNA探針，篩選出修飾吡咯啉供體和多胺側鏈的探針7f在亮度、選擇性及核仁靶向性方面表現突出，是理想的核仁超分辨成像探針。團隊利用7f與核仁相關蛋白NPM1、FBL和UBF的熒光標記，實現了核仁的多組分、多色超分辨成像，包括3D超分辨成像，可視化核仁RNA和蛋白質的空間分布，并觀察到核仁RNA與NPM1蛋白在空間上的動態和異質性分布。此外，在SIM實時動態成像實驗中，研究團隊利用該探針觀察了核仁RNA長達10分鐘的動態變化過程。
相關研究成果以“Molecular Design of RNA-light Probes for Super-Resolution Fluorescence Imaging of Nucleolar Heterogeneity and Dynamics”為題，發表在ACS Sensors上。該工作的共同第一作者是1818組已畢業博士江文鈔和陳婕。該研究得到國家自然科學基金、我所創新基金等項目的資助。（文/圖 江文鈔）
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssensors.5c01623
