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重医附属儿童医院邵世鹏教授团队与西南大学合作开发新型活细胞RNA单分子成像工具
发布时间:2026-09-02  阅读:1次

近日,重庆医科大学附属儿童医院邵世鹏教授研究团队与西南大学张宏晨研究团队合作,在RNA单分子成像领域取得重要突破。 联合团队在国际学术期刊《Advanced Science》上发表题为“Single‐Molecule Imaging of Endogenous RNA Using a Miniaturized and Circularly Permuted CRISPR‐Cas13 System”的研究论著,成功开发出一种名为CDegSR(CRISPR-mediated Degron-based Signal Restoration)的紧凑型高保真RNA成像平台,首次实现活细胞内源性RNA的高信噪比、低扰动实时单分子追踪。






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在活细胞中实时追踪RNA的动态行为是揭示基因表达调控机制的关键。然而,传统荧光蛋白成像系统背景噪声大、难以分辨单个分子,而传统CRISPR-Cas13工具效应蛋白体积庞大(约130–150kDa),不仅存在显著的空间位阻干扰,更难以通过腺相关病毒(AAV)等小容量载体进行高效递送。

针对这一瓶颈,研究团队基于冷冻电镜解析的PspCas13b复合物结构,系统性删除其HEPN1和HEPN2核酸酶结构域,构建出仅约70kDa最小识别核心的miniCas13,将蛋白尺寸压缩至传统Cas13的一半,极大降低了位阻并提升了递送与成像稳定性。为消除未结合RNA的游离蛋白噪声,团队创新性地结合环状排列(Circular Permutation)与条件性蛋白稳定性调控机制——在重新开辟的新末端融合富含精氨酸的降解信号(RRRG degron),使未结合RNA的效应蛋白被迅速降解,而结合RNA后降解信号被屏蔽并稳定保留。这一“靶标结合即稳定”的机制使荧光诱导倍数提升达20倍,实现了信噪比的质变突破。


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CDegSR的设计原理



在实际应用中,研究团队通过慢病毒文库共递送24条crRNA组合,突破光学衍射极限实现了单分子分辨率标记,假阳性与假阴性率均低于10%,且不影响目标RNA的丰度与周转。该系统展现出极高的普适性与灵敏度,不仅能清晰标记NEAT1、7SK、SatIII等非编码RNA,更能精准追踪低丰度(nTPM=5.2)的ZNF530 mRNA。利用CDegSR高频追踪,团队首次定量揭示了mRNA在核内(次扩散/受限运动)与胞质中(自由扩散)的运动差异,并首次定量证明翻译机器本身直接参与调控mRNA的胞质扩散行为。


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活细胞内单分子RNA成像与追踪

在医学研究与临床转化领域,CDegSR系统展现出广阔的应用前景:

  • 精准疾病机制解析:许多重大疾病(如神经退行性疾病、罕见遗传病及肿瘤)常伴随RNA异常定位、相分离或选择性剪接故障。该平台的高灵敏度能够直观揭示致病RNA在病理状态下的时空动态变化,为疾病发生机制提供单分子视角的分子影像依据。

  • RNA靶向药物与基因疗法评估:随着小干扰RNA(siRNA)、反义寡核苷酸(ASO)及mRNA疫苗等疗法的兴起,CDegSR可作为高分辨率的药效评估工具,实时监测核酸药物在细胞内的摄取、递送效率、靶向结合与周转降解过程。

  • 小型化AAV递送与临床转化:由于miniCas13分子量大幅精简,该系统极易整合入腺相关病毒(AAV)等临床常用递送载体,未来有望直接应用于体内(in vivo)病理样品的活体RNA诊断与实时分子追踪。

该研究工作得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金以及重庆英才计划等多项基金项目的资助与支持。


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