基于超高分辨成像技术的miRNA作用机制研究

As an endogenous non-coding small RNA molecule, miRNA play important regulations on the post-transcriptional level. The repression of miRNA to its target gene has a complex mechanism, which is known very little, especially there is a lack of experimental evidences up to date. This proposal aims at the involving mechanism of miRNA repression functions, to set up a far-field superresolution imaging technique based on the localization of single molecules for revealing the mechanism of miRNA function. miR-21 expressed highly in Hela cells is chosen as a model in this project to study the identifying mechanism of miRNA to target gene and demonstrate the rapid gene regulation of cell generated by miRNA on sub-cellular level. The research results of this project will move forward the progress of miRNA and RNAi studies and provide significant solid evidences for the application of miRNA to genomics, therapy and antivirus.

miRNAs是一类内源性非编码小RNA分子，具有转录后调控的功能，其中miRNA对靶基因的抑制作用有着复杂的机制，目前还知之甚少，特别是缺乏直接的实验证据。本项目围绕miRNA抑制靶基因的有关科学问题，选择Hela细胞，以Hela细胞中高表达的miR-21为例，建立用于揭示miRNA作用机制的高时-空分辨技术平台，在亚细胞水平上原位、实时、动态地研究miRNA识别靶基因的机制，揭示miRNA快速调控靶基因的机理。本项目的研究成果将推动miRNA的深入研究，有助于使miRNA及RNAi功能研究取得突破进展，为miRNA应用于功能基因组研究、疾病治疗和抗病毒等方面提供坚实的理论基础。

miRNA是一类内源性非编码小RNA分子，具有转录后调控的功能，其中miRNA对靶基因的起抑制作用有着复杂的机制，目前还知之甚少，特别是缺乏直接的实验证据。本项目在单细胞检测技术和搭建超高分辨光子学成像技术平台的基础上，围绕miRNA沉默复合体中几个关键蛋白展开miRNA调控作用动态过程研究。取得主要研究成果：自主建立了PALM和dSTORM两种超高分辨光子学成像技术平台和实验技术体系，并对miRNA功能作用P小体进行超高分辨成像，揭示了P小体在传统方式下无法解析的细微结构；研究了小RNA在胞质内的输运问题，揭示了外源miRNA进入细胞后的不同动态输运方式对应miRNA发挥功能的不同阶段，双链形式小RNA比单链形式有高很多的效率进入P小体发挥功能作用；通过对miRNA沉默复合体中关键蛋白AGO在细胞核中定位的系统研究，获得了AGO蛋白进入细胞核的规律和入核机制；初步探讨了AGO蛋白在细胞核内可能发挥DNA修复和基因组甲基化的功能；发展了将AGO蛋白高效率递送到细胞核的系统，为开发利用AGO蛋白在细胞核中的功能储备了技术基础；发展了利用细胞合成携带目标小RNA外泌体的技术。