DNA被研究人员形容为储存遗传信息的“图书馆”。细胞在需要时会将部分DNA信息复制为RNA,并据此合成蛋白质。上述复制过程称为转录,由RNA聚合酶II执行。
在RNA聚合酶II启动并处于活跃转录状态时,其尾部区域的特定位点Ser2会出现磷酸化标记,被视为转录进行中的信号。此前,要观察这一标记通常需要终止细胞活动并进行化学处理,从而难以在活细胞或活体组织中追踪转录的动态变化。
东京科学研究所(Science Tokyo)木村浩教授领导的研究团队为解决这一限制,采用持续追踪的思路,尝试在不停止细胞活动的情况下观察转录过程。团队将重点放在一种名为“mintbody”的荧光蛋白上。该蛋白由能够特异性结合活跃转录期间出现的磷酸化标记的抗体开发而来。

研究团队进一步构建了全身表达mintbody的小鼠模型,从而实现了在活体小鼠细胞内直接可视化活跃转录位点。研究成果已发表在《分子生物学杂志》(Journal of Molecular Biology)。
研究人员报告称,借助mintbody小鼠,他们在多种组织中观察到数量从数百到数千不等的发光点,包括大脑、肝脏和肾脏等。这些发光点被用于指示处于工作状态的RNA聚合酶II。
不同细胞类型之间的信号数量存在差异。研究中提到,免疫细胞中的T细胞显示出较多且更明亮的信号;相比之下,中性粒细胞的发光点数量明显更少。研究人员认为,这些差异反映了不同细胞类型在其功能需求下转录活跃程度的不同。

团队还观察到,处于发育和分化过程中的细胞转录更为活跃,而完全成熟细胞的转录表现相对稳定。在睾丸组织中,研究人员能够追踪转录动态变化,并观察到在精子形成过程中转录活动逐步降低,直至几乎停止的阶段。
研究团队表示,该技术为研究发育、细胞分化等基础生物过程提供了新的工具。研究人员还提出,可将该小鼠模型与癌症或衰老等疾病模型结合,以直接比较健康细胞与病变细胞之间的转录差异。
此外,研究人员指出,该方法可能用于评估药物对转录的影响,为药物发现及免疫学研究提供新的应用路径。
木村浩表示,以往转录研究多集中于培养细胞,本研究显示活体组织中的转录多样性可能超出预期。他称,直接观察基因“工作状态”有助于捕捉此前难以获得的生命过程图像,并认为该技术可应用于多种生物体,有望推动未来转录与基因表达研究。
