我國學者在生物正交光催化驅動的多組學研究技術方面取得進展

圖 轉錄組光催化標記技術CAT-seq及同步多組學光催化標記技術CAT-ortho

　　在國家自然科學基金項目（批準號：22222701、92478119、22321005、92253301）等資助下，北京大學樊新元、劉君、陳鵬等在化學技術服務于活細胞多組學研究方面取得進展。他們成功開發了活細胞轉錄組光催化標記技術 CAT-seq，以及實現同步多組學光催化標記的CAT-ortho技術。相關成果以“Photocatalytic labelling-enabled subcellular-resolved RNA profiling and synchronous multi-omics investigation”為題，于 2025 年 9 月 16 日在《自然?化學》（Nature Chemistry）期刊上發表。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01946-1。

　　線粒體RNA構成的轉錄組及其修飾狀態對細胞代謝具有重要影響，并與細胞死亡、分化、癌癥增殖以及代謝重塑等多種生理和病理過程緊密相關。然而，在活細胞中解析線粒體轉錄組，尤其是與蛋白質組的同步解析，仍然極具挑戰。現有方法如細胞器分離、固定細胞成像以及酶促鄰近標記，往往丟失原位信息、缺乏時空分辨、或難以應用于原代和臨床樣本。尤其是在同一樣本中實現多組學的同步解析更為困難，嚴重限制了對分子互作和聯動機制的理解。

　　針對該問題，上述團隊基于其前期提出的生物正交光催化理念（利用催化劑實現空間靶向，外源光提供時間控制），通過化學反應設計建立了高效RNA標記體系CAT-seq，實現了活細胞線粒體中RNA的時空可控標記。在此基礎上，結合團隊開發的蛋白質標記技術CAT-Prox（J. Am. Chem. Soc. 2021, 18714）和CAT-S（Nat. Commun. 2024, 2712），進一步優化探針設計，發展出CAT-ortho技術；該技術可在同一樣品中實現轉錄組與蛋白質組的正交同步標記。利用CAT-ortho，研究人員解析了小鼠原代CD8?T細胞在激活過程中的線粒體多組學動態，發現轉錄組豐度和調控蛋白的顯著上調，并結合氧化磷酸化水平的變化，揭示了線粒體轉錄調控在T細胞激活中的關鍵作用。

　　這兩種新技術無需基因轉染且操作簡便，可在同一樣品中實現多類生物大分子的時空可控標記。不僅適用于常規細胞系，還可直接應用于原代細胞和臨床樣本，為亞細胞分辨的轉錄組及多組學研究提供重要的化學工具支撐。