Artificial dynamic structure ensemble-guided rational design of a universal RNA aptamer–based sensing tag

适体 核糖核酸 亚基因组mRNA Cas9 清脆的 计算生物学 引导RNA 核酸结构 合成生物学 核糖开关 合理设计 结构母题 生物 计算机科学 基因 非编码RNA 遗传学 生物化学
作者
Jianing Hou,Pei Guo,Sheng Wang,Da Han,Weihong Tan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (52)
标识
DOI:10.1073/pnas.2414793121
摘要

Artificially functional RNAs, such as fluorogenic RNA aptamer (FRApt)-based biosensing tag, represent significant advancements in various biological applications but are limited by the lack of insight into dynamic structure ensembles and universal design concepts. Through the development of an artificial RNA structure ensemble, we rationally established an RNA reconstitution model, “SSPepper-Apt,” to generate a universal fluorogenic RNA biosensing tag. By utilizing various target-recognizing RNA motifs, SSPepper-Apt enables the modular generation of sensing tags for low-background, highly selective imaging of metabolites, peptides, and proteins in living cells. Additionally, by employing single guide RNA (sgRNA) as the recognition RNA motif, SSPepper-Apt generates fluorescence in both CRISPR-mediated imaging and gene editing only when the Cas9–sgRNA complex is successfully assembled; therefore, it can be an effective sgRNA screening tool for gene editing. Our fluorogenic RNA-sensing tag provides a universal approach for constructing functional RNA systems, avoiding the laborious and time-consuming process of sequence combination, and expanding the application of synthetic biological tools.
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