推荐一篇发表在Nat. Biotechnol.上的论文，题目为“Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins”，通讯作者是来自华东理工大学的陈显军副研究员与杨弋教授。杨弋教授团队的研究主要涉及光遗传学、合成生物学以及基因表达调控等领域。随着研究不断的深入，科学家们发现大量的非编码RNA在多种细胞活动中发挥着至关重要的生物学功能。其能通过表达、降解、易位、剪接、化学修饰等方式，复杂而精确地执行丰富多彩的功能。因此，开发一种可以在活细胞内对RNA分子进行高时空分辨控制的技术对于活细胞中 RNA 生理功能的理解来说是非常重要的。此前，研究者试图通过紫外激活caged RNA 来控制 RNA 的功能，但是紫外线辐射的毒性以及与caged RNA相关的技术复杂性限制其广泛应用。这篇文章中，研究者开发了一个可遗传编码的、可光切换的RNA结合蛋白，实现了活细胞中RNA功能的时空分辨控制。基于前期的光光可切换DNA结合蛋白的工作基础，作者采用了简单的模块化设计策略，即使用了光可切换的RNA结合蛋白由RNA结合结构域与LOV光敏结构域融合构成。RNA结合结构域来自枯草芽孢杆菌的转录抗终止蛋白（LicT），LicT被激活时会发生构象变化，形成二聚体并特异性结合核糖核酸抗终止子 (RAT) RNA 序列。基于 LicT 的架构，作者进一步将 LicT 的RNA binding结构域 (LicTCAT) 融合到一种包含光敏结构域（LOV）的小蛋白上（VVD），这个VVD在用蓝光激活后快速形成二聚体。因此，作者推断 LicTCAT-VVD 融合蛋白的 RNA结合特性是光可切换的，因为光会诱导融合蛋白的二聚化并增强其与 RNA 序列的结合，而去除光会导致二聚体解离，进一步与RNA的解离。接下来，作者建立了报告系统，将不同的 RAT 终止子序列插入到启动子和mCherry之间。通过光诱导后，融合蛋白的二聚化并增强其与 RNA 序列的结合，不会形成RNA 终止子，mCherry顺利表达。基于高通量筛选策略，筛选到了响应更高的RNA序列和光诱导的融合蛋白（LicV）。随后，研究团队将LicV与不同的RNA效应结构域融合，以对活细胞中的RNA功能进行精密控制。首先，作者试图通过光控制RNA的定位。他们将LicV与膜定位CAAX 基序融合来定位到质膜，然后将MS2发夹RNA与RAT序列融合，MS2可以与tdMCP-mCherry融合蛋白相互作用，以此来可视化RNA易位。结果显示，在光照约 1 小时内，细胞质中的 mCherry 荧光被迅速募集到质膜。此外，作者还尝试了在LicV融合RNA剪接蛋白结构域、 RNA降解蛋白结构域以及翻译起始因子等实现了在活细胞上控制RNA剪接、降解、翻译等行为。最后，作者还将此开发的光遗传工具与CRISPR系统结合起来，实现了对活细胞基因组位点进行特异性标记。总之，本研究开发了一种光可切换的RNA结合蛋白，作为一种普适性的支架与不同的RNA效应结构域融合，用于时空分辨地控制活细胞中RNA的多种功能。
本文作者：ZJ
责任编辑：KLH
文章链接：www.nature.com/articles/s41587-021-01112-1
原文引用：DOI: 10.1038/s41587-021-01112-1
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