Nature 子刊 | 用ARPLA可视化细胞表面的糖基化RNA

由于缺乏可视化方法，对最近发现的一类糖基化分子糖基化 RNA (glycoRNA) 的生物学作用知之甚少。近日，《Nature Biotechnology》发表了一种新方法：ARPLA（唾液酸适配体和RNA原位杂交介导的邻位连接技术），以高灵敏度和选择性可视化单细胞中的 glycoRNA。

最近在多种细胞谱系、器官和物种的表面发现了glycoRNA。这一发现很有趣，因为 RNA 的各种修饰（例如假尿苷化、甲基化和腺苷酸化）有助于不同的细胞过程，包括 tRNA 介导的翻译、RNA表观遗传学、染色质结构调节和RNA 成熟。glycoRNA的空间分布和表达水平的表征将阐明glycoRNA的生物学功能及其在健康和疾病中的作用。

ARPLA是什么？

ARPLA是一种以高灵敏度和选择性直接可视化 glycoRNA的方法，该方法包含用于聚糖结合的唾液酸适体和用于glycoRNA原位杂交的DNA 探针。其通过核酸适配体（aptamer）、原位杂交技术（in situ hybridization）实现对glycoRNA的聚糖和RNA部分的双重识别，然后利用DNA邻位连接技术(proximity ligation assay)，生成完整的环状DNA，作为滚环扩增(Rolling Circular Amplification)的模板，产生长序列单链DNA。然后，该DNA产物通过互补的荧光团标记的探针DNA杂交，用于提供glycoRNA的位置和丰度信息。

使用ARPLA进行glycoRNA原位成像的示意图

PSCSR-seq的性能测试结果

开发团队不仅验证了ARPLA在HeLa细胞中的表现，还将其应用于研究glycoRNA的空间分布和细胞内运输。

ARPLA可以用于高灵敏度和选择性的glycoRNA原位成像。

ARPLA对HeLa细胞glycoRNA成像的评价

使用ARPLA，开发团队检测细胞表面 glycoRNA的空间分布及其与脂筏的共定位，通过SNARE蛋白介导的分泌性胞吐作用检测glycoRNA的细胞内运输。

ARPLA在HL-60中揭示的glycoRNA的空间分布

为了展示ARPLA的广泛应用，开发团队探索了其在恶性转化中可视化糖RNAs的应用：与非癌变细胞（MCF-10A）相比，恶性乳腺癌细胞（MCF-7）具有较低的glycoRNA丰度，转移性乳腺癌细胞（MDA-MB-231）具有最低的glycoRNA信号。这些结果表明，细胞表面的glycoRNA与乳腺肿瘤恶性程度呈相反关系。

使用ARPLA可视化恶性转化中的glycoRNA

使用ARPLA监测固有免疫细胞分化和激活期间的glycoRNA水平，发现免疫细胞分化期间glycoRNA减少，而LPS诱导的炎症反应期间glycoRNA增加。这一观察结果表明glycoRNA与免疫细胞附着于内皮细胞之间的相互影响，glycoRNA在炎症过程中有介导M-EC相互作用的潜在作用。

LPS诱导THP-1分化和激活过程中glycoRNA水平的可视化

与其他生物学和生物信息学工具一起，ARPLA将有助于研究glycoRNA在各种模型中的作用。未来，可以通过将识别探针针对glycoRNA替换为相应的针对其他生物分子（例如其他修饰的RNA，修饰的DNA和糖蛋白）的探针，将ARPLA改进为检测其他生物分子的工具。此项研究中产生和分析的数据、生成和用于数据分析的代码可在如下链接中获取（👉 可点击阅读原文访问）：

https://figshare.com/projects/Spatial_Imaging_of_GlycoRNA_in_single_Cells_with_ARPLA/164113.

Ma, Y., Guo, W., Mou, Q. et al. Spatial imaging of glycoRNA in single cells with ARPLA. Nat Biotechnol (2023). https://doi.org/10.1038/s41587-023-01801-z