新闻链接：https://mp.weixin.qq.com/s/NCGRlwkwDXW9y5zxsGhnKg
基因编码的荧光传感器可以在单细胞水平追踪代谢物、蛋白质或重金属离子等细胞内靶标的丰度变化和动力学分布，并解析活细胞的生理过程和信号传导通路。传统的基因编码传感器由荧光蛋白和结合靶标的蛋白模块组成。然而，由于多数靶标缺乏对应的蛋白模块，科学家难以构建基于荧光蛋白的传感器。此外，基于荧光蛋白的传感器还有信噪比低等缺陷，限制了荧光蛋白传感器的应用。
近年来，基于荧光RNA的传感器发展迅速。荧光RNA传感器由荧光RNA与结合靶标的RNA模块组成，二者通过一个短茎连接。该短茎称为传导模块（transducer module），其热力学稳定性由靶标识别适配体调节。靶标与结合靶标的RNA模块结合，诱导RNA构象变化，调控荧光RNA适配体的荧光强度，从而检测靶标信号，解析其在活细胞中的信号通路。然而，这些荧光RNA传感器通常含有RNA G四链体（RG4）结构。因为RG4结构可被活细胞解旋酶靶向，导致RNA的解旋或降解，所以限制了含RG4的荧光RNA传感器在活细胞中的应用。
2023年7月24日, 中国科学院北京生命科学研究院李幸团队在Nucleic Acids Research上发表了题为Genetically encoded RNA-based sensors with Pepper fluorogenic aptamer 的研究论文。在该研究中，李幸团队开发了一类基因编码的新型荧光RNA传感器，其不含RG4结构，既能够在活细胞中监测代谢物、外源药物、蛋白与金属离子等靶标，且展现出高通量、高内涵药物筛选的巨大潜力。
李幸团队基于Pepper荧光适配体构建生物传感器。Pepper不含RG4结构，避免了被细胞酶降解或解旋。此外，Pepper亮度高、稳定性强，还能够结合不同小分子探针产生不同颜色的荧光。基于此，李幸团队将Pepper适配体与靶标识别适配体连接，分别开发了S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）传感器、鸟嘌呤传感器、四环素传感器、银离子传感器和链霉亲和素适配体连接，开发了一系列基于Pepper的生物传感器。进一步实验表明这些传感器不包含RG4结构，并可以高效监测活细胞中的内源小分子代谢物、外源药物、蛋白质和金属离子等多种靶标。更值得一提的是，他们发展的基于RNA传感器率先用于检测人体细胞内的金属离子，为研究人体活细胞金属离子提供了一个新型基因编码工具。
团队深入研究了甲基化代谢物SAM的代谢通路。他们首先将 Pepper 与 SAM适配体融合，构建出低背景、高响应、高选择性的SAM传感器。随后，团队研究了单细胞中 SAM 合成的代谢来源，解析了SAM合成酶（methionine adenosyltransferase, MATase）的酶活性和基因表达水平。
此外，作者还构建了SAM比率传感器，测定了MATase药物活性。如上图所示，作者将基于Pepper的SAM传感器和一个与之正交的Rhobast荧光适配体融合表达（A）。其中，SAM传感器能够响应SAM发光，而Rhobast的荧光则不受SAM的影响（B）。正交适配体的荧光可以校正细胞中RNA表达量造成的信号差异。因此，比率传感器的信号可以精确定量活细胞中的SAM浓度与MATase的酶活性。利用比率传感器，作者准确测定了MATase抑制剂AG-270的半抑制浓度（IC50）（C-E）。该工作首次发展荧光RNA传感器测定活细胞中药物IC50，为研发基于RNA的药物筛选平台验证了可行性，并提供了高效的MATase酶药物筛选工具。
总体而言，该工作为追踪活细胞内靶标及其信号传导途径提供了高效的生物传感平台，在药物筛选和疾病诊断等领域具有重要的潜在应用价值。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkad620