熒光標記技術與顯微成像的結合極大推動了生命科學研究的進展。綠色熒光蛋白（GFP）等標簽已被廣泛用於蛋白質成像，然而其“常亮”特性限製了在亞細胞尺度上對特定分子群體進行精確追蹤。為了突破這一局限，研究人員開發出光激活熒光蛋白（如PA-GFP），可在特定光照下選擇性“點亮”目標蛋白，從而實現對細胞內局部蛋白動態的高精度研究。相比之下，RNA作為生命活動中不可或缺的核心分子，參與轉錄調控、核輸出和應激響應等關鍵過程，卻長期缺乏具備時空精確性的光控成像工具，這一技術缺口嚴重製約了對RNA動態行為的深入探索。

近日，國際著名期刊JACS發表題為“Photoactivatable RNA Tags for Subcellular Photolabeling of RNA”的研究論文，報道了可光激活的熒光RNA標簽——PA-Broccoli。這一創新工具實現了RNA在亞細胞水平的時空成像，實時標記RNA跨核膜和應激顆粒的精細過程，動態揭示了RNA跨膜機製，為深入研究RNA動態行為提供全新手段。

研究團隊以廣泛使用的熒光RNA係統 Broccoli:BI為基礎，通過在熒光團BI上引入光籠基團，阻斷了其與Broccoli適配體的結合，使得光籠BI探針未激活前幾乎不發光，熒光量子產率低至0.00017。經紫外光照射後，光籠基團脫落形成BI，進而結合Broccoli，並迅速恢複熒光。實驗結果表明，光激活後的PA-Broccoli可實現約6000倍的熒光信號增強，激活後量子產率高達到0.88，並表現出極快的激活動力學（半激活時間t？/？≈3秒），在靈敏度和激活速度上遠超傳統PA-GFP。

利用PA-Broccoli係統，研究團隊探索了RNA在亞細胞內的多層次動力學特征，揭示了環形RNA（circRNA）和mRNA的跨膜轉運機製。局部光激活實驗顯示，RNA在細胞質中的擴散速度明顯低於蛋白質，反映出二者截然不同的運動機製。進一步研究發現，circRNA依賴Ran-GTP通路完成核輸出，而線性mRNA則不依賴這一機製，且circRNA在細胞質中的積累速度顯著慢於線性mRNA。此外，研究首次觀察到PA-Broccoli標記的mRNA在應激顆粒與細胞質之間的動態交換過程，並發現該過程依賴ATP供能，提示能量代謝在調控RNA於應激顆粒中的聚集與解離中發揮關鍵作用。這些發現不僅加深了對RNA亞細胞動力學的理解，也為探究RNA調控與應激反應之間的關係提供了重要工具和理論基礎。

此外，研究人員將“光籠”策略拓展至其他熒光RNA係統（如PA-RhoBAST），並通過優化光籠基團，實現了近紅外激活的PA-Broccoli，進一步展示了方法的通用性和可擴展性，為未來多種RNA成像工具的開發提供了新思路。

總體而言，該研究開發出了一種高性能、可控激活的RNA成像工具，實現了在活細胞亞細胞水平對RNA的精準標記與動態監測。這不僅為深入解析RNA在轉錄調控、核質運輸、應激響應等關鍵生物過程中的功能提供了全新手段，也拓展了光控成像技術的應用邊界，為RNA生物學研究開辟了新的方向。

必威精装版app西汉姆联 交叉科學中心李幸、張金陽以及中國科學院生物物理研究所徐平勇為論文的共同通訊作者，李幸團隊陳振寅、蔣浩東為共同第一作者。該研究得到了國家重點研發、國家自然科學基金等項目資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c07380

圖1 開發超高/快光激活熒光RNA標簽PA-Broccoli動態追蹤亞細胞 RNA