近日，中國科學院大連化學物理研究所副研究員喬慶龍和徐兆超研究員團隊發展了能夠與RNA特異性可逆結合，在活細胞內對細胞核核仁穩定成像的“緩沖熒光探針”Nu-AN，實現了對核仁動態輪廓的成像，并通過活細胞內藥物誘導下核仁特定形態的可視化，為核仁應激試劑的篩選提供可視化的工具。相關成果發表在《先進科學》。
核仁是細胞核內最大的無膜細胞器，因其具有多樣的生理和病理功能而受到廣泛關注。核仁主要作為核糖體生物合成的中心，同時也具有非核糖體功能，在形態方面通過其形狀、大小以及細胞核內核仁數量反映生理活性，并與各種人類疾病相關。核仁大小也與細胞壽命具有很強的相關性，較小的核仁是細胞長壽的標志。此外，在核仁應激條件下，核仁形態的變化尤為明顯，為疾病診斷和藥物篩選提供了潛在方法。然而，核仁形態的熒光成像仍面臨著挑戰。
團隊前期開發了細胞內脂滴動態識別“緩沖熒光探針”LD-FG，有效解決了在長時間動態超分辨成像過程中染料光不穩定的問題。受上述策略啟發，本工作中，團隊將3-吡咯啉環引入到萘酰亞胺中，開發了可逆結合并識別RNA的核仁“緩沖熒光探針”Nu-AN。研究發現，3-吡咯啉環并入萘酰亞胺熒光團，既保持了平面性又保留扭曲分子內電荷轉移的特性，同時還表現出傳統萘酰亞胺染料氫鍵淬滅熒光的特征。在活細胞中，Nu-AN可以有效地、可逆地染色核仁，同時避免商品化RNA探針在線粒體或溶酶體中錯誤定位的問題。這種可逆性結合不僅最大限度地減少了對核仁的結構干擾，保留了核仁的活性，而且還在核仁外形成了“染料池”。當核仁內的探針發生光漂白，則可以快速招募來自“染料池”的新探針，確保核仁成像的光穩定性。
Nu-AN與RNA的可逆結合和選擇性熒光點亮特性，確保了對活細胞內核仁的特異和穩定的熒光成像。借助于Nu-AN對核仁形態的可視化，團隊觀察到兩種藥物誘導核仁形態的特異性變化，這些成像結果說明了核仁作為無膜細胞器的高度流動性和有組織性。
Nu-AN有望為核仁生物學領域提供活細胞核仁形態學研究的工具，同時，這一探針的設計為細胞內其他無膜細胞器的探針的開發開辟了新的途徑。未來，其他多種無膜細胞器探針的開發將填補無膜細胞器可視化空白，幫助提升對細胞生物學的認知。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202309743
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