分享一篇发表在JACS上的文章，文章题目是“Exploiting Endogenous Enzymes for Cancer-Cell Selective Metabolic Labeling of RNA in Vivo”，本文通讯作者是来自加州大学欧文分校药学系和化学系的Robert C. Spitale教授，他们课题组的主要研究方向是开发生化技术来研究活细胞内的RNA，了解RNA分子如何协调基因表达途径及其对疾病病理机制的影响。

      从特定细胞中分离和分析RNA分子长期以来都是分子生物学领域的挑战。利用具有不同类型化学官能团(如炔烃、叠氮和最近的乙烯基)的核苷进行代谢标记，可以通过荧光或富集来跟踪和分析，但是化学方法追踪RNA表达的一个主要限制是不能在特定细胞类型中进行标记。外源性表达的酶与修饰的核苷酸/核酸酶配对时，可以实现细胞特异性的RNA代谢标记，但是外源性酶需要复杂的程序来表达构建。因此，探索细胞特异性的RNA代谢标记方法是非常重要的。独特的细胞类型通常具有细胞特异性酶的表达来调节信号通路以控制细胞功能，肿瘤细胞具有独特的酶表达和酶活性来控制其生长和转移，例如，组蛋白去乙酰化酶(HDACs)被认为高度过表达且具有高活性以控制基因表达，组织蛋白酶也在癌细胞(尤其是转移性癌细胞)中表达过度，以控制细胞外间质的降解，造成上皮-间充质转化(EMT)，这些癌细胞特有的酶学特征可能为复杂肿瘤环境中区分癌细胞和正常细胞RNA提供新的途径。本文基于此开发了一种能够特异性代谢整合到肿瘤细胞RNA的代谢报告基团。

      作者首先设计合成了Lys-2′N3A和2′N3A，Lys-2′N3A需要HDAC和组织蛋白酶L（CTSL）联合作用以脱除N-6保护基，释放2′N3A，而2′N3A已被验证在细胞内无毒并且实现RNA的稳定代谢标记，作者希望以此来实现癌细胞特异性代谢RNA标记。小分子上的实验证明，Lys-2′N3A可以在HDAC1的作用下脱除乙酰基，随后N6的酰胺键被CTSL切割释放出2′N3A。接下来，作者通过斑点杂交在细胞内进行了标记偏好性实验，结果显示，非肿瘤细胞系中没有RNA掺入，高转移性肿瘤细胞（如人乳腺癌细胞MDA-MB-231、MCF7、胰腺癌细胞PC3等）中则掺入程度非常高，K562细胞中的掺入程度很低，可能的原因是这类肿瘤细胞是非转移性的。作者进一步鉴定了不同细胞中HDAC和CTSL两种酶的表达，发现HDAC酶在不同细胞系(癌症和非癌症)中有更多的变异性，而CTSL酶在MDA-MB-231细胞有较高的表达，K562中则没有观察到表达。该结果证明Lys-2′N3A的“脱笼”作用主要由CTSL控制，同时，HDAC的表达对CTSL裂解赖氨酸底物也至关重要，并且加入两种酶的抑制剂也会明显抑制RNA掺入。最后，作者通过生物正交的成像手段以及小鼠体内实验，进一步证明了这种策略可以在体内选择性地代谢标记肿瘤细胞RNA。

      总而言之，本文作者利用不同细胞内源性酶的特异性实现了体内选择性代谢标记肿瘤细胞RNA。

本文作者：Cheny

责任编辑：WXH

文章引用：DOI：10.1021/jacs.2c02404

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.2c02404