课题基金 / 基金详情

MicroRNA与信使RNA多重相互作用的单分子表征

批准号:
22104113
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
向立民
依托单位:
学科分类:
化学成像
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
向立民

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
MicroRNA是能够与mRNA结合从而调控基因表达的一类生物分子,在癌症等疾病的诊断与治疗方面具有重要应用前景。目前其研究中遇到的一个瓶颈问题是如何表征MicroRNA与mRNA的多重相互作用。两者相互作用的动力学过程以及这些作用的胞内空间分布均不明确,极大阻碍了其基因调控功能的澄清与优化。本项目拟以miR-17和let-7两组家族作为模型体系,利用光谱解析和扩散速率解析的单分子成像技术,研究多个MicroRNA与mRNA互作的动力学特征并绘制纳米尺度上的胞内空间分布图;建立这些特征的序列结构基础,并进一步对MicroRNA序列和结构加以改进,以期优化其基因调控的高效性和特异性。本项目的成功实施将有助于在单分子层面上丰富人们对MicroRNA与mRNA多重互作的新认识,明确其动力学特征与胞内空间分布的结构基础,有望进一步推动MicroRNA在癌症的诊断与治疗的深入应用。
英文摘要
MicroRNAs are small non-coding RNA molecules, which can pair with some human messenger RNA (mRNA) to induce gene silencing. As a result, emerging miRNA species have been recognized as the biomarkers and targets for cancer therapy. Despite of its importance, the characterization of multiplex interactions between MicroRNAs and mRNAs still remains to be a challenged task. While it is known that multiple MicroRNAs can bind with one mRNA simultaneously, the cooperative effects between multiple MicroRNA species and their dependence on the heterogeneous intracellular environments still await further clarifications. Such a vacancy in our knowledge prohibits the design of MicroRNA for gene silencing with a high efficiency and specificity. Here we propose a single-molecule level characterization of the multiplex interactions and their spatial distribution in intracellular environments for miR-17 and let-7 MicroRNA families, by using our newly-developed spectrally-resolved and diffusivity-mapping single-molecule localization microscopy. We will first examine the dynamic characteristics and spatial distribution of MicroRNAs with different sequences, to establish the relationship between the structures and the functions of gene silencing of MicroRNAs. Next, we will engineer the sequences and structures of MicroRNAs, to improve the efficiency and specificity of gene silencing. Through these works, we aim to clarify the dynamic characteristics and intracellular spatial distribution of the multiplex MicroRNA-mRNA interactions, and their importance to their functions of gene silencing. We anticipate that our works will further shed light on various applications such as the cancer therapy based on MicroRNAs.
RNA在基因表达调控和蛋白质合成中起关键作用,其动态行为直接影响细胞功能。近年来,RNA修饰(如m6A修饰)与多种生物过程和疾病密切相关。然而,RNA分子的复杂性和细胞内环境的异质性使得精准监测其动态行为及与修饰蛋白的相互作用成为研究难点。而超分辨荧光成像技术的研发突破了光学分辨率极限,有望成为揭示RNA空间分布和动态行为的有力工具。.本项目围绕多维超分辨荧光成像技术的研发、RNA修饰相关蛋白研究及活细胞内RNA成像展开,旨在开发高分辨率成像技术,深入探讨RNA分子动态行为及其环境互作机制。.在成像技术研发方面,团队搭建了四色通道系统(405 nm、488 nm、561 nm、642 nm),并开发了基于sCMOS相机的扩散速率解析算法,利用分子运动模糊差异测定扩散速率。实验验证了该方法的可靠性,并揭示了细胞内蛋白扩散受细胞骨架和染色质阻碍的规律。团队还自主研发了多色单分子定位成像系统,推动了多维成像技术发展。.在RNA修饰相关蛋白研究中,项目开发了针对m6A去甲基化蛋白FTO的靶向降解技术,实现了细胞核和细胞质内的精准降解,并通过超分辨成像验证其有效性及降解速率。此外,基于DNAzyme技术开发了FTO活性成像探针,揭示了其活性受葡萄糖浓度调控的动态变化,深化了对RNA修饰调控机制的理解。.在活细胞RNA成像方面,团队基于Pepper荧光适配体和HBC525小分子开发了适用于RNA动态成像的技术,优化了光路和缓冲液成分,解决了荧光分子自闪烁问题。团队还发现MOF-74材料的RNA吸附效率与序列特征显著相关,通过扩散速率解析技术揭示了RNA在MOF孔道中以3'端优先进入的模式,为提升RNA递送效率提供了新视角。.项目成果包括多篇高水平论文和一项国际专利,所开发技术显著提升了RNA及蛋白质的超分辨成像能力。这些进展加深了对RNA动态行为的理解,为RNA生物学和基因治疗领域的应用奠定了坚实基础。
单分子尺度DNA修复机制的高时空分辨研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    向立民
  • 依托单位:
国内基金
海外基金