近日,西安交通大学王福教授课题组报道了一种基于有机阴离子转运多肽1B3 (OATP1B3)的基因开关系统(miR-ON-OB3系统),并将该系统用于近红外荧光成像miRNAs。在该系统中,目标miRNA可以调控OATP1B3的表达,从而调控细胞摄取近红外荧光染料吲哚菁绿(ICG)的水平,最终实现对目标miRNA的近红外荧光成像(图1)。

 

【图1】miR-ON-OB3系统用于近红外荧光成像miRNA的原理图

 

MicroRNAs(miRNAs)是一类小的非编码RNAs,其在多种生物学过程中起着重要的调节作用。许多miRNAs表现出独特的表达模式,被认为是多种人类疾病的治疗性生物标志物,因此在体内成像miRNA对于研究miRNA生物学至关重要。目前,一些荧光素酶或荧光蛋白报告基因系统已经被用于监测活体细胞中miRNAs的表达变化,但这些系统输出信号的组织穿透性较差,不利于在体内的进一步应用。相比之下,近红外荧光成像具有深层组织穿透性特点,在临床诊疗上展现出明显的应用优势。因此,开发一种可用于监测体内miRNAs的近红外荧光成像系统,对于推动miRNAs作为人类疾病和癌症生物标志物的临床转化具有重要意义。

研究人员首先基于Lac系统设计出了一种响应miRNA的荧光素酶报告基因系统(miR-ON系统),进而对miR-ON系统响应目标miRNA的能力进行优化。然后,研究人员利用优化后的miR-ON系统构建出OATP1B3表达调控系统,即miR-ON-OB3系统。最后,研究发现miR-ON-OB3系统能够很好地用于细胞和小鼠体内近红外荧光成像miRNA(图2)。该研究建立了一种新的基因编码的miRNA近红外荧光成像报告系统,由于成像使用的ICG在临床上具有可用性,该报告系统可能为临床应用中miRNA的体内成像提供潜在的工具。

 

【图2miR-ON-OB3系统用于近红外荧光成像细胞和小鼠体内miRNA

 

相关工作以 “Near-Infrared Fluorescence Imaging of miRNA Using a Transmembrane Polypeptide-Based Genetic Reporter”为题发表在Small Methods》期刊上。上楼梯边走边c在线观看基础医学院青年教师舒文杰为该论文的第一作者,王福为论文的通讯作者。

原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smtd.202300990

 

此外,课题组近期还报道了一种miRNA介导的Gal4BD-Rluc转录阻遏蛋白基因开关系统(Gal-miR系统)。在该系统中Gal4 DNA 结合域 (Gal4BD) 与肾荧光素酶蛋白 (Rluc) 融合的转录阻遏蛋白 Gal4BD-hRluc,以空间位阻抑制转录起始复合物的激活,而后被靶miRNA介导的mRNA降解激活,以此实现了miRNA 动态活性的可视化以及靶向基因调控(图3)。

 

【图3Gal-miR基因开关系统的原理图

 

研究人员首先选择 Fluc 作为功能基因,开发了 Gal-miR-Fluc 系统,实现了 RNAi 介导的基因沉默转化为生物发光信号的变化,并可视化了 miRNA 的动态变化。然后,研究人员通过用蜂毒肽基因替代Fluc基因,实现了在靶向miRNA的调控下,抑制4T1乳腺癌细胞活性、迁移和侵袭的强大能力(图4)。该研究建立的Gal4-miR报告基因系统可以可视化miRNA的动态表达,并以miRNA响应的方式精确控制转基因表达,这可能为miRNA介导的诊断或治疗应用提供一种有利工具。

 

【图4Gal-miR系统用于靶向miRNA成像以及肿瘤细胞杀伤

 

相关工作以 “A Ratiometric Gene-Switch System for miRNA Sensing and Gene Regulation ”为题发表在Small Methods》期刊上。王福课题组科研助理张传贤为该论文的第一作者,王福为论文的通讯作者。

以上工作均得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金杰青、重点项目)、西安交通大学青拔人才等经费支持。

 

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202301266