叶史瓦大学科学家获60万美元美国国家科学基金会拨款，以解决长期存在的生物学谜团

叶史瓦大学的两位研究人员已获得美国国家科学基金会（National Science Foundation）授予的60万美元拨款，用以解开一个长期存在的生物学谜团：在细胞内部，RNA分子（对细胞功能和生物体发育起着至关重要的作用）是如何被运输和定位的。

化学系副教授伊琳娜·卡特里娜（Irina Catrina）和生物学教授约瑟法·斯坦豪尔（Josefa Steinhauer）获得了这笔名为“RUI：Tools4Cells：鉴定黑腹果蝇卵发生期间细胞内囊泡运输与长距离RNA转运之间的联系”的拨款，该拨款属于美国国家科学基金会的本科生机构研究项目（Research in Undergraduate Institutions program）。她们的研究项目还得到了卡茨科学与健康学院（Katz School of Science and Health）教职员工研究倡议的种子资金支持。

Rutu Jagtap(左)是一名生物技术管理和创业硕士他正在帮助化学副教授Irina Catrina博士(右)和生物学教授Josefa Steinhauer博士开发计算和实验工具，使他们能够研究细胞内的RNA运输和定位。

“RNA的错误定位可能会产生灾难性的影响，”该项目的主要研究员卡特里娜博士表示，“包括发育障碍和致死性，这使得该领域的研究具有重大影响。”

在过去的50年里，特定的抗体、免疫荧光染色和分子荧光标签等科学工具已经让研究人员能够绘制出细胞中数千种蛋白质的分布图；然而，相比之下，人们对RNA的定位和运输的理解仍然有限。尽管已经研究过少数RNA的分布模式，但许多RNA仍未被表征。此外，即使了解了RNA的分布，但其在细胞内的运输机制往往仍然未知。

为了解决RNA检测的技术难题，研究人员正在开发计算工具和实验工具，以便能够实时研究RNA的运输和定位。一个关键目标是创建一个基于Python的软件包，以简化定制RNA探针的设计，从而使这项技术更容易被广大研究人员所使用。

这些探针用于检测RNA分子，对于观察活细胞中RNA的位置至关重要。该软件将整合研究人员之前在探针设计方面的工作，并为靶向任何生物的RNA提供灵活的选择。通过使用考虑目标结构、探针化学和环境因素（如温度）等变量的数学模型，该软件将对潜在的探针候选者进行排名，以实现最佳效率。

一旦RNA探针开发成功，研究人员将使用它们在体内（即在活生物体内）同时观察RNA和蛋白质。研究将聚焦于果蝇（Drosophila melanogaster），这是一种在遗传学和细胞生物学中常用的模型生物，因为其生物学相对简单且基因组已得到良好绘制。具体来说，研究人员将研究卵发生期间（即卵细胞形成的过程）由母体沉积在卵中的信使RNA（mRNA）分子。这些mRNA在胚胎的早期发育中起着至关重要的作用，确保细胞分化为正确的组织类型。

果蝇卵中的RNA将与囊泡一起被可视化，囊泡是众所周知的负责运输蛋白质的小细胞结构。直到最近，囊泡才被与RNA转运联系起来，这为理解RNA如何在细胞内移动开辟了新的可能性。

通过照亮RNA分子并同时照亮参与囊泡运输的Rab蛋白（如Rab5、Rab7和Rab11），研究人员旨在表明囊泡有助于在发育中的卵细胞中运输母体mRNA。有趣的是，Rab蛋白已被发现与神经元中的RNA运输有关，但尚不清楚这种机制在其他细胞类型中是否普遍存在。

“这些研究的发现可能具有广泛的意义，有助于阐明可能适用于其他物种（包括人类）的RNA转运机制，”该项目的联合首席研究员斯坦豪尔博士表示。

这些实验将为软件工具提供原理验证，并允许对其进行优化和验证，同时还将为RNA如何在果蝇卵中转运提供重要见解。

“我们的研究有可能极大地推进我们对基本细胞过程的理解，并具有广泛的应用，”卡特里娜博士表示。“所有细胞都依赖于RNA的运输和定位才能正常运作，这意味着这项工作所产生的工具和见解可以应用于各种生物体和细胞类型。特别是，这些发现可能有助于指导未来对RNA定位出错疾病（如某些神经退行性疾病）的研究。”