韩春雨团队研发新款RNA示踪工具，能更清晰地看到RNA
近日，河北科技大学生物科学与工程学院教授韩春雨，研发出一款 RNA 示踪工具，借此能更清晰地看到 RNA。
图 | 韩春雨（来源：韩春雨）
1 月 21 日，相关论文以《基于 Cas 6 的荧光激活模式 RNA 跟踪平台》（A Cas6-based RNA tracking platform functioning in a fluorescence-activation mode）为题，发表在 Nucleic Acids Research 上（ IF 值 16.97）[1]。
图 | 相关论文（来源：Nucleic Acids Research）
“如果补充一些应用实验，应该能发在更好的期刊上”
据悉，韩春雨实验室一直关注基因编辑相关的蛋白，包括 Cas 家族和 NgAgo。基于对蛋白的研究和认识，他打算把 Cas6 开发成一种示踪工具。
在该研究中，韩春雨发现了一个分子开关，由此他推测 Cas6 结合 CBS（Cas6 binding site）可以发生构型变化。利用这一新现象，他解决了 RNA 示踪的相关问题。
（来源：Nucleic Acids Research）
目前，活细胞 RNA 追踪技术分为两类：荧光富集型和荧光激活型。在富集型技术中，MS2-MCP 系统被广泛采用，其中最新的富集型则又分为 Cas9 和 Cas13a。
但是，所有富集型分子都有高背景荧光，因为其自身就是全活性的荧光分子，因此，这些分子在不结合靶标 RNA 的时候也会发光，故会产生较高的背景噪声。
激活型分子在不结合 RNA 时不会产生荧光，这是基于双分子荧光互补的原因。而基于 MS2 系统的双荧光、或三荧光互补系统，需要非常长的标签才能激发荧光。
该研究的最大亮点在于利用一个单位的标签即一个 CBS，即可实现荧光激发。而且它非常小，只有 29nt（碱基）。该技术的优点在于，在使用最少标签的同时，不会影响靶 RNA 的活性，同时 Cas6 本身也很小，是非常好的 RNA 示踪工具。
（来源：Nucleic Acids Research）
关于该论文，韩春雨最初在 bioRxiv 上发表过，当时还只是比较初级的结果。预印本发表后，该团队又对该论文作了更新。
期间，韩春雨也尝试过连接片段的设计、以及 Cas 家族的其它分子，效果甚至比 Cas6 都要好。
对于该成果的潜在应用，韩春雨表示有很多。他说，本次研究可以认为是基因编辑工具的一个分支，通过他对该领域的理解，可以把其做成一个好用的工具。
（来源：Nucleic Acids Research）
就新冠病毒来说，它其实就是一个 RNA 病毒。如果想针对这种病毒开发药物或疫苗，或者针对 RNA 病毒做技术上的其它应用，首先就得深入研究 RNA 病毒的特征包括生物活性等。而此次研发的 RNA 示踪工具，相当于可直接看到 RNA。
（来源：Nucleic Acids Research）
他坦言，之前自己团队研发的 Cas9 和 Cas13，体积非常大，并且属于荧光富集型分子，虽然论文发表在影响力更大的期刊上，但是应用受到了限制。
不过，他认为其实验室的特点，在于对基因编辑工具和相关内容的认识程度比较深。同时，他表示实验室目前规模比较小，人力物力都还不够，所以只能把精力先放在重要的事上。
“像这篇论文基本讲得都是干货，原理性的东西比较多。如果补充一些应用实验，比如示踪外泌体中 RNA 的，环形 RNA，或者某种 RNA 病毒，比如 COVID-19 或许能发在影响因子更高的期刊上，但是实际上我们没有精力做这个。”韩春雨表示。
后续，他也会针对 Cas6FC 做进一步的改进。要知道，现在所有的 FA 型分子都存在工作温度的限制，Cas6FC 也不例外，要求接近工作温度不低于 30℃；温度太高也不行，打个比方，这类似于鸡蛋煮熟的话肯定没有活性，而被冷冻得过度时也会失去活性。
对于 Cas6FC 来说，现在的工作温度和以往的 FA 型没有太大区别。所以，韩春雨打算继续拓宽工作温度，争取可以到 25℃或者更低。只有这样，才能让研究植物、微生物和真菌的学者，更好地应用该工具。
Cas6FC 的论文早在 2019 年 7 月就已发布预印本，直到 2022 年才发表，提及此，韩春雨表示其实验室主要做和基因编辑相关的工具开发，分子开关占一大块，NgAgo 的相关工具则是另一大块。
但是，有一段时间实验室甚至没有招生，直到最近才招了一两届硕士生，课题组一共有六七个人。再加上同时负责几个课题，所以进度就比较慢。
他说：“人少、经费也有限，本次研究的支撑资金只有河北省的 50 万元。实验设备跟一些特别好的实验室依旧没法比。因此这次能发到一个高影响因子的期刊上也很不容易。”
几年前首提 NgAgo，如今再出新成果
NgAgo，是最早由韩春雨提出的新型基因编辑技术。最近，他也做了一些 NgAgo 相关的工作，目前论文预印本已发表在 bioRxiv 上[2]，同时也正在申请专利。
图 | 相关论文（来源：bioRxiv）
Argonaute 蛋白的特点，在于可以结合 guide DNA/RNA（引导 DNA 或者引导 RNA，通常为 20nt 左右的单链寡核苷酸）形成 Ago-guide 复合体，高效高保真的结合与 guide 同源的目标核酸。利用 Ago 蛋白这一特性，韩春雨团队利用百脉根(Lotus japonicus)中慢生 根瘤菌来源的 Ago 蛋白（MejAgo）设计了 MejAgo-PCR 平台。该平台的 PCR 引物（primer）同时扮演 guide DNA 的角色，与 Ago 结合形成复合体后，被高效高保真的引导结合在模板 DNA（靶DNA）上；引物或者 guideDNA 暴露的 3’端则继续引发 DNA 的聚合反应（PCR）。
（来源：bioRxiv）
据悉，Mejago-PCR 平台的每个反应周期都包括一个变性步骤和一个聚合酶介导的延伸步骤，省略了传统 PCR 所需的退火步骤。
更重要的是，MejAgo-PCR显著提高了 PCR 的灵敏度：文章显示，Ago-PCR 比传统的 PCR 在灵敏度上提高了两个数量级（100倍），达到了单分子级别。因此，Ago-PCR 具有更高的灵敏度和效率。
在实验室的后续整体方向上，韩春雨打算继续完善示踪工具，即希望在低温下也能正常工作。从现在哺乳动物细胞的实验来看，只要注意温度，Cas6 效果是非常好的。在此次发表的正式论文中，该团队做了原位杂交的对照实验，结果发现原位杂交可以做到单分子。而 Cas6FC 的荧光强度跟原位杂交基本相同，甚至可以把它开发成单分子工具，前提是让它克服低温挑战。
（来源：bioRxiv）
另一方面，他仍将专注于 NgAgo 工具的开发。“很多人不是非常理解我为什么做工具，就好比说手机芯片非常重要，而生产手机芯片的工具是光刻机。所以如果你想研究光刻机，需要掌握知识更多。同样的，为了做成 NgAgo 工具，并且让工具好用，对于相关技术和知识的了解也需要更深入。以 Cas6FC 为例，别人看就是一个分子，但它背后有着复杂的理论支持。”韩春雨分析称。
参考：
1、Gao, F., Zheng, K., Li, Y. B., Jiang, F., & Han, C. Y. (2022). A Cas6-based RNA tracking platform functioning in a fluorescence-activation mode. Nucleic Acids Research.
2、Gao, F., Han, B., Chen, Y., Sun, F., Yang, J., & Han, C. Y. (2022). Introducing an argonaute-facilitated PCR platform. bioRxiv.
