为大家介绍一篇2019发表在Nat. Chem. Biol.上的文章，题目为 “Mapping spatial transcriptome with light activated proximity-dependent RNA labeling” 。本文主要介绍了一种具有高空间特异性的标记活细胞中RNA分子的化学生物学方法，用于特定亚细胞区域的转录组学研究。通讯作者是来自于北京大学化学与分子工程学院的邹鹏教授。该组目前的研究方向包括：(1)发展可遗传编码的荧光膜电位探针，实现对神经细胞动作电位的高时空分辨观测；(2)研究与神经退行性疾病相关的RNA颗粒的结构与功能；(3)发展蛋白质标记技术，研究参与记忆形成过程的局部蛋白质合成途径。

【背景介绍】

RNA分子的空间分布对其生物学功能及调控至关重要。例如，在真核细胞中，RNA被分隔在特定的细胞质区室，是蛋白区域化翻译的基础，与细胞增殖，胚胎发育，神经可塑性等生命过程密切相关。此外，除了编码功能，区域化的RNA还可以发挥调控或骨架作用。例如，核非编码RNA与染色质相互作用可以调控基因转录，维持染色质三维结构，参与形成无膜细胞器等。因此，在转录组层面系统地研究RNA分子的空间分布具有重要生物学意义。

目前常用的空间转录组研究方法包括经典的生化离心分层来获取各种细胞器，随后进行微阵列分析或者高通量测序。细胞内的RNA还可以通过显微镜进行直接观察，例如荧光原位杂交分析和原位测序等。近年来还发展了过氧化物酶（APEX）介导的邻近依赖蛋白质生物素化与蛋白质-RNA交联方法相结合的策略（APEX-RIP和Proximity-CLIP），并用于亚细胞转录组的研究。以上方法在空间分辨率，通量，是否适用活细胞分析等方面各其优势和不足。因此，亟需发展一种能对细胞中RNA分子进行高通量和高时空分辨的分析方法。

【设计思路】

本文发展了一种称为chromophore-assisted proximity labeling and sequencing（简称CAP-seq）的空间转录组测序新方法。该方法利用具有高空间特异性的遗传编码技术，在特定亚细胞区域表达可遗传编码的光敏剂（miniSOG）。在可见光照射下，miniSOG产生活性氧（ROS），并氧化邻近RNA分子中的鸟嘌呤碱基。被光氧化RNA可与胺探针（R-NH2）反应，从而实现RNA分子的标记（图1a）。随后，通过高通量测序来分析这些被标记的RNA分子。因此，CAP-seq同时具有高空间分辨率以及高通量的优势。利用CAP-seq，作者研究了线粒体基质，内质网膜，线粒体外膜等亚细胞区室中的RNA表达图谱。