محلی‌سازی (localization) و تنظیم RNA برای عملکرد سلول‌های زنده حیاتی است، زیرا موقعیت و پویایی RNA نقش اساسی در تنظیم ترجمه، پاسخ به محرک‌های محیطی، کنترل چرخه سلولی و حفظ هموستازی دارد. با این حال، ابزارهای فعلی تصویربرداری RNA زنده به‌دلیل تابش‌های زمینه‌ای ناشی از پروب‌های آزاد و سیگنال‌های غیر اختصاصی، از حساسیت و دقت محدودی برخوردارند و توانایی مشاهده رفتار مولکول‌های منفرد RNA را در زمان واقعی ندارند.

در این پژوهش از دانشگاه بوستون، روشی نوآورانه برای افزایش حساسیت و کاهش نویز در تصویربرداری RNA زنده معرفی شده است. هدف پژوهشگران، طراحی پروتئین‌های پوششی مهندسی‌شده‌ای بود که تنها هنگام اتصال به RNA هدف پایدار می‌مانند و در غیر این صورت به‌سرعت توسط سامانه‌های تخریب درون‌سلولی حذف می‌شوند. این رویکرد موجب شد فقط RNAهای واقعی سیگنال فلورسانس تولید کنند و پس‌زمینه نوری تا حد زیادی کاهش یابد.

دو پروتئین کلیدی در این سیستم توسعه یافتند dMCP (destabilized MS2 coat protein) و dPCP (destabilized PP7 coat protein) .  این پروتئین‌ها نسخه‌های اصلاح‌شده‌ای از پوشش‌دهنده‌های RNA ویروس‌های باکتریوفاژی MS2 و PP7 هستند که با بهره‌گیری از دو راهبرد مهندسی طراحی شدند: نخست، circular permutation برای بازآرایی انتهای پروتئین و بهبود انعطاف اتصال به RNA، و دوم، افزودن توالی C-terminal degron (-RRRG) که سبب تخریب سریع پروتئین‌های آزاد و غیرمتصل می‌شود. در نتیجه، dMCP و dPCP تنها در حضور RNA هدف پایدار باقی مانده و سیگنال اختصاصی و قابل اعتماد تولید می‌کنند.

آزمایش‌های انجام‌شده در سلول‌های انسانی HEK293FT  و U2OS نشان دادند که این سامانه می‌تواند مولکول‌های منفرد mRNA را با نسبت سیگنال به نویز بسیار بالا در بخش‌های مختلف سلول از جمله هسته، سیتوپلاسم، شبکه آندوپلاسمی و میتوکندری شناسایی کند. داده‌های کمی بیانگر افزایش بیش از ۶۰ برابری پایداری dMCP در حالت متصل به RNA نسبت به حالت آزاد بود.

ترکیب هم‌زمان دو سیستم dMCP و dPCP  نیز امکان تصویربرداری دو‌رنگ (dual-color imaging) را فراهم کرد، به‌طوری‌که دو RNA متمایز به‌صورت هم‌زمان و بدون تداخل نوری در یک سلول زنده قابل مشاهده بودند. این قابلیت، مطالعه‌ی پویایی، توزیع، ترجمه موضعی و برهم‌کنش RNAها را در سطح زیرسلولی ممکن ساخت.

در مجموع، این پژوهش گامی مهم در توسعه ابزارهای زیست‌فناوری برای مطالعه‌ی RNA در سلول‌های زنده به‌شمار می‌آید. فناوری dMCP  و dPCP  با فراهم‌سازی تصویربرداری دقیق، کم‌نویز، اختصاصی و قابل تنظیم، می‌تواند در بررسی بیان ژن، تحلیل مسیرهای تنظیمی و طراحی سامانه‌های پیشرفته مبتنی بر CRISPR-RNA  در تحقیقات مولکولی آینده مورد استفاده قرار گیرد.

مرجع

https://doi.org/10.1038/s41592-025-02782-4

پروتئین dMCP تنها در صورت اتصال به RNA هدف پایدار مانده و سیگنال فلورسانس تولید می‌کند؛ پروتئین‌های آزاد به‌سرعت در سلول تجزیه می‌شوند.