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科研人员开发环形RNA单分子成像技术

中国科学报

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本报讯(见习记者郑浩威)如果把细胞里大多数的线性RNA想象成一根根细线,环形RNA就是首尾闭合相接的小绳圈。将它们“分清”并不容易,环形RNA与同源线性RNA序列几乎相同,就像两根材质和花纹一样的绳子,只能在绳子的“接头处”看出区别。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员陈玲玲研究组开发的abcFISH技术,正是靶向这一独特接头,将单个靶点信号放大为显微镜下可辨认的荧光亮点,让研究人员能够在细胞和组织切片中对环形RNA进行观察、计数和定位。相关研究成果近日在线发表于《自然-方法》。

除独特的反向剪接位点(BSJ)外,环形RNA与同源线性RNA共享外显子序列,因此难以被特异识别。同时,多数环形RNA较短、丰度较低,进一步增加了检测难度。传统单分子荧光原位杂交(smFISH)技术通常需要多条探针共同结合,而短分子难以提供足够的结合位置。因此,亟须开发一种兼顾特异性和灵敏度,并支持多重成像的检测方法。

abcFISH技术利用锁探针和引物探针分别识别环形RNABSJ两侧的序列。当两种探针在接头处相邻结合后,T4DNA连接酶将锁探针连接成一个DNA环。随后,φ29DNA聚合酶以引物探针为起点,以DNA环为模板进行复制,生成一条含有大量重复序列的DNA长链,这一过程称为“滚环扩增”。最后,多条荧光探针结合到这些重复序列上,将单个环形RNA对应的信号放大为显微镜下清晰可见的荧光亮点。

该技术支持多重荧光信号标记,可区分同一基因产生的多种环形RNA亚型。研究人员用不同颜色的荧光信号标记不同目标,实现了在同一细胞中同时观察三种环形RNA,并分别测量其数量和分布。

abcFISH技术能够在保留组织结构的切片中直接检测环形RNA,将环形RNA的表达情况与其空间位置对应起来。除了常规组织切片,abcFISH技术还能够用于福尔马林固定石蜡包埋样本。

该成果为环形RNA功能解析、疾病转化研究提供了全新工具。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41592-026-03299-0

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