近日，我所生物技术研究部分子探针与荧光成像研究组（1818组）徐兆超研究员团队基于萘酰亚胺荧光团，协同调控供体和胺基侧链，开发了一系列RNA探针，并从中筛选出具有高RNA选择性、高亮度、强核仁靶向性的探针，实现了核仁的超分辨成像。团队通过联合核仁相关蛋白的荧光标记，实现了核仁多组分四色超分辨3D成像，观察到核仁RNA和NPM1蛋白分布的异质性和动态性，以及核仁RNA的实时动态变化过程。该工作为RNA配体的设计提供了新思路，同时也为核仁的超分辨成像提供了新型的可视化工具。
核仁在核糖体生物发生、细胞周期调节、细胞应激反应、细胞衰老调节和免疫等方面起着至关重要的作用。作为细胞内最大的无膜细胞器，核仁是由特定的蛋白质和核酸通过液-液相分离形成。深入解析核仁多组分所构成的精细结构对于揭示其复杂的功能具有重要意义，超分辨成像技术在这一研究方向已发挥了关键作用。然而，目前的超分辨成像的方法依赖于核仁相关蛋白的荧光标记，缺乏高性能荧光探针标记核仁RNA，限制了对核仁全面精细结构的揭示。
研究团队前期开发了可逆结合并识别RNA的核仁“缓冲荧光探针”Nu-AN，实现了对核仁形态的可视化（Adv. Sci.，2024）。尽管该探针具有良好的可逆结合特性，但其亮度较低，限制了在超分辨成像中的应用。在本工作中，研究团队基于萘酰亚胺荧光团，通过调控供体和分子的平面性来优化荧光响应能力，以及通过修饰胺基侧链，增强了RNA的结合力和核仁靶向性，共合成了24种RNA探针，筛选出修饰吡咯啉供体和多胺侧链的探针7f在亮度、选择性及核仁靶向性方面表现突出，是理想的核仁超分辨成像探针。团队利用7f与核仁相关蛋白NPM1、FBL和UBF的荧光标记，实现了核仁的多组分、多色超分辨成像，包括3D超分辨成像，可视化核仁RNA和蛋白质的空间分布，并观察到核仁RNA与NPM1蛋白在空间上的动态和异质性分布。此外，在SIM实时动态成像实验中，研究团队利用该探针观察了核仁RNA长达10分钟的动态变化过程。
相关研究成果以“Molecular Design of RNA-light Probes for Super-Resolution Fluorescence Imaging of Nucleolar Heterogeneity and Dynamics”为题，发表在ACS Sensors上。该工作的共同第一作者是1818组已毕业博士江文钞和陈婕。该研究得到国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 江文钞）
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssensors.5c01623
