Energy transfer and enforced intercalation: Responsive as well as bright DNA-based high performance probes for RNA imaging in live cells

能量转移和强制嵌入:用于活细胞 RNA 成像的响应且明亮的基于 DNA 的高性能探针

基本信息

  • 批准号:
    52097295
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Research Grants
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2006-12-31 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Fluorogenic hybridization probes enable real-time measurements of RNA transport within living wild-type cells. Powerful probes furnish significant enhancements of fluorescence emission upon binding of the RNA target. However, the brightness of fluorescence is another important parameter which critically affects the signal-to-noise ratio. Previous work fell short in meeting the challenge to simultaneously improve responsiveness and brightness of probes. By contrast, most newly developed probes have been fashioned to include additional options for fluorescence quenching. To enable the imaging of less abundant RNA, we will develop fluorogenic oligonucleotides, which combine high responsiveness with high brightness. Another important aim concerns the extension of the repertoire of colors, which is required for simultaneous detection of multiple RNA targets. In addition, we want to develop a tool for the quantitative expression analysis (RNA counting) beyond quantitative imaging.To achieve these aims, we will develop novel DNA-based FIT-probes. These probes contain cyanine dyes of the thiazole orange (TO) family of dyes. The TO and TO-like dyes serve as fluorogenic nucleobase surrogates which are forced to intercalate at selected sites of the probe-target complex. The introduction of Locked Nucleic Acid (LNA) rigidifies the backbone in the vicinity of the dye. The accompanying improvement of base stacking interaction will impede torsional twisting around a cyanine methin bridge. As a result, quantum yields of cyanine fluorescence will be increased. Additional, slightly red-shifted cyanine dyes will interact with TO in a synergistic fashion. The spectral overlap will contribute to the increased brightness of the probes. Without using additional fluorophores or modifications, we will further the brightness as well as the color palette. A tag repeat system will involve the adjacent hybridization of multiple differently colored FIT-probes which interact via FRET. To achieve quantitative RNA imaging we will equip FIT-DNA with additional NIR dyes, the fluorescence of which will remain insensitive to collisions or contact with the TO-nucleotide. As a result, emission of the NIR dye will provide information about the concentration of probes, while TO emission will report the hybridization status of the probe. The powerful hybridization probes will enable the imaging of less abundant mRNA molecules at the early stage of an infection by Influenza. Up to three different mRNA molecules will be localized simultaneously. The study aims at deciphering the temporal orchestration of the mRNA localization within the nucleoli during infection. In further collaborative work we will characterize the transport of oskar mRNA within developing oocytes from Drosophila. To examine the influence of the probe backbone (ionic vs. non-ionic) on the outcome of localization experiments both DNA-based and PNA-based FIT-probes will be introduced by microinjection.
荧光杂交探针能够实时测量活的野生型细胞内的RNA运输。强大的探针在与RNA靶标结合时显著增强了荧光发射。然而,荧光的亮度是影响信噪比的另一个重要参数。以前的工作在应对同时提高探头的响应性和亮度的挑战方面做得不够。相比之下,大多数新开发的探针都被设计成包括额外的荧光猝灭选项。为了能够对不那么丰富的RNA进行成像,我们将开发结合高响应性和高亮度的荧光寡核苷酸。另一个重要目标涉及扩展颜色库,这是同时检测多个RNA目标所需的。此外,我们希望开发一种超越定量成像的定量表达分析工具(RNA计数)。为了实现这些目标,我们将开发新型的基于DNA的FIT探针。这些探针含有噻唑橙(TO)染料家族的菁染料。TO和TO类染料作为荧光核酸碱基替代物,被迫在探针-靶标复合体的选定位置插入。锁定核酸(LNA)的引入使染料附近的骨架变得刚性。随之而来的底座堆积相互作用的改善将阻碍围绕着一座菁甲基桥的扭转。因此,花菁荧光的量子产率将会增加。此外,略微红移的菁染料将以协同方式与TO相互作用。光谱重叠将有助于增加探测器的亮度。在不使用额外的荧光团或修改的情况下,我们将进一步提高亮度以及调色板。标签重复系统将涉及多个不同颜色的FIT探针的相邻杂交,这些探针通过FRET相互作用。为了实现定量RNA成像,我们将为Fit-DNA配备额外的近红外染料,其荧光将保持对与核苷酸的碰撞或接触不敏感。因此,近红外染料的发射将提供有关探针浓度的信息,而TO发射将报告探针的杂交状态。强大的杂交探针将能够在流感感染的早期阶段对含量较低的mRNA分子进行成像。多达三个不同的mRNA分子将被同时定位。这项研究旨在破译感染过程中核仁内mRNA定位的时间编排。在进一步的合作工作中,我们将表征Oskar mRNA在果蝇发育中的卵母细胞中的运输。为了检测探针主干(离子和非离子)对定位实验结果的影响,将通过显微注射引入基于DNA和基于PNA的FIT-探针。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Life Cell Imaging of mRNA Using PNA FIT Probes
使用 PNA FIT 探针对 mRNA 进行生命细胞成像
  • DOI:
    10.1002/9783527687503.ch24
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. Knoll;S. Kummer;F. Hövelmann;A. Herrmann;O. Seitz
  • 通讯作者:
    O. Seitz
In Vivo Visualization and Function Probing of Transport mRNPs Using Injected FIT Probes.
  • DOI:
    10.1007/978-1-4939-7213-5_18
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Chamiolo;Imre Gáspár;A. Ephrussi;O. Seitz
  • 通讯作者:
    J. Chamiolo;Imre Gáspár;A. Ephrussi;O. Seitz
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