新方法让“沉默”基因“说话”

基因的调控和表达对人类健康至关重要。越来越多证据表明，lncRNAs基因不仅参与脑发育、神经元分化等，而且与神经系统损伤后的修复过程有关。深入研究lncRNAs，对治疗神经系统疾病具有重要意义。

研究人员通常使用活细胞内编码基因的标记技术，将荧光蛋白精确插入蛋白编码框研究基因的功能，但该方法往往对lncRNAs等非编码基因和低丰度转录基因束手无策。

近日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室研究员杨辉研究组和周海波研究组合作，通过内源基因的启动子驱动向导RNA（sgRNA）表达，结合SPH—OminiCMV荧光报告系统，成功实现lncRNAs基因和低丰度基因表达的动态示踪。该研究建立了一种通用的内源基因转录门控系统，为活细胞中实时标记lncRNAs和低表达基因，研究其生物学功能提供了有效工具。1月5日，相关研究成果在线发表于《自然—细胞生物学》上。

杨辉表示，编码基因通过转录为信使RNA（mRNA），翻译为蛋白质。因此，研究人员可以利用共表达荧光蛋白的强弱判断基因的表达的情况。但非编码基因并不翻译为蛋白，因此无法用传统的共表达荧光蛋白的方法来实现；同时，对于低表达的基因，共表达的荧光蛋白量也很低，导致荧光信号很弱甚至根本监测不到。

“建立适用范围更广，能增强内源信号，并且信噪比更低的新型活细胞标记技术，是该研究领域急需解决的问题。”杨辉说。

研究人员注意到，SPH—OminiCMV荧光报告系统有放大信号的作用。为此，联合课题组开发了一种广谱的内源性转录门控开关Ents，利用内源性启动子表达sgRNA。当Ents与SPH—OminiCMV结合时，就可以监测到内源基因的表达。

“SPH—OminiCMV能够放大内源信号，‘报告’给人们基因的行踪，实现低丰度转录本表达的可视化。”杨辉说。

杨辉表示，理论上，Ents系统可以处理任何转录本信息。该研究为在活细胞中研究基因元件的功能开辟了新途径，在动物个体水平可用于描绘基因表达的时空图谱和标记、鉴定特定的细胞类群，同时可用于研究天使综合症等疾病中lncRNAs的表达模式，构建lncRNAs体内表达完整图谱。

相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41556-020-00610-9

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