近日，中国科学院大连化学物理研究所副研究员乔庆龙和徐兆超研究员团队发展了能够与RNA特异性可逆结合，在活细胞内对细胞核核仁稳定成像的“缓冲荧光探针”Nu-AN，实现了对核仁动态轮廓的成像，并通过活细胞内药物诱导下核仁特定形态的可视化，为核仁应激试剂的筛选提供可视化的工具。相关成果发表在《先进科学》。
核仁是细胞核内最大的无膜细胞器，因其具有多样的生理和病理功能而受到广泛关注。核仁主要作为核糖体生物合成的中心，同时也具有非核糖体功能，在形态方面通过其形状、大小以及细胞核内核仁数量反映生理活性，并与各种人类疾病相关。核仁大小也与细胞寿命具有很强的相关性，较小的核仁是细胞长寿的标志。此外，在核仁应激条件下，核仁形态的变化尤为明显，为疾病诊断和药物筛选提供了潜在方法。然而，核仁形态的荧光成像仍面临着挑战。
团队前期开发了细胞内脂滴动态识别“缓冲荧光探针”LD-FG，有效解决了在长时间动态超分辨成像过程中染料光不稳定的问题。受上述策略启发，本工作中，团队将3-吡咯啉环引入到萘酰亚胺中，开发了可逆结合并识别RNA的核仁“缓冲荧光探针”Nu-AN。研究发现，3-吡咯啉环并入萘酰亚胺荧光团，既保持了平面性又保留扭曲分子内电荷转移的特性，同时还表现出传统萘酰亚胺染料氢键淬灭荧光的特征。在活细胞中，Nu-AN可以有效地、可逆地染色核仁，同时避免商品化RNA探针在线粒体或溶酶体中错误定位的问题。这种可逆性结合不仅最大限度地减少了对核仁的结构干扰，保留了核仁的活性，而且还在核仁外形成了“染料池”。当核仁内的探针发生光漂白，则可以快速招募来自“染料池”的新探针，确保核仁成像的光稳定性。
Nu-AN与RNA的可逆结合和选择性荧光点亮特性，确保了对活细胞内核仁的特异和稳定的荧光成像。借助于Nu-AN对核仁形态的可视化，团队观察到两种药物诱导核仁形态的特异性变化，这些成像结果说明了核仁作为无膜细胞器的高度流动性和有组织性。
Nu-AN有望为核仁生物学领域提供活细胞核仁形态学研究的工具，同时，这一探针的设计为细胞内其他无膜细胞器的探针的开发开辟了新的途径。未来，其他多种无膜细胞器探针的开发将填补无膜细胞器可视化空白，帮助提升对细胞生物学的认知。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202309743
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