细胞内RNA和蛋白质的精准定位及动态转运对于维持细胞正常功能至关重要。当细胞受到外界刺激时，特定RNA和蛋白质可在短时间内重新分布，并聚集形成应激颗粒（Stress Granules）等无膜细胞器。这些结构的形成与解聚具有高度动态性，参与细胞应激响应和基因表达调控。如何在活细胞中以高时空分辨率解析这些分子的动态变化，仍然是一项重要的技术挑战。

近日，william威廉中文官网、北大－清华生命科学联合中心的邹鹏课题组在《Nature Chemical Biology》发表题为“Directed evolution of Lantern enables rapid RNA and protein proximity labeling”的研究论文。该研究建立了基于哺乳动物细胞的定向进化平台，开发出高活性遗传编码光催化剂 Lantern，将 RNA 和蛋白质的邻近标记时间缩短至30秒。利用这一工具，研究团队解析了应激颗粒组装过程中RNA和蛋白质组成的动态变化，为研究无膜细胞器的形成机制提供了新的技术手段。

近年来，邻近标记（Proximity Labeling）技术为解析亚细胞区域的蛋白质组和转录组提供了新方法。邹鹏课题组此前开发了基于遗传编码光催化剂 miniSOG 的RNA邻近标记技术 CAP-seq，实现了活细胞内RNA空间分布的解析。然而，该技术通常需要约15分钟的光照，难以捕捉应激颗粒快速组装过程中的分子变化。因此，进一步提高光催化标记效率和时间分辨率，成为拓展该技术应用范围的关键。

定向进化是改造蛋白质功能的重要手段，其关键在于建立蛋白质催化活性与编码基因序列之间的关联。针对光催化剂在活细胞中难以直接进行活性筛选的问题，研究团队设计了一种新的筛选策略：将光催化剂与编码其自身序列的 RNA 连接，利用催化活性越高的突变体越容易标记对应 RNA 这一特性，将催化活性的信息“写入”对应的 RNA。通过富集和测序这些被标记的 RNA，即可从大量突变体中筛选出高活性光催化剂。基于这一策略，研究团队建立了哺乳动物细胞定向进化平台，经过两轮筛选获得了活性提高一个数量级的光催化剂 Lantern。

图1. Lantern 的定向进化

应激颗粒是细胞在氧化应激等条件下形成的无膜细胞器，其 RNA 和蛋白质组成随着应激进程不断变化。通过将 Lantern 融合至应激颗粒核心支架蛋白 G3BP1，并在应激诱导后的多个时间点进行30秒邻近标记，研究团队绘制了应激颗粒组装过程中 RNA 组成的动态变化图谱。结果发现，不同RNA具有明显不同的应激响应模式。其中，应激依赖性募集的 RNA 具有更长的转录本长度和更高的 N⁶-甲基腺嘌呤（m⁶A）修饰密度，提示 RNA 化学修饰与应激颗粒的动态组装密切相关。

值得注意的是，部分内质网相关 RNA 在应激开始约10分钟时迅速富集于 G3BP1 周围。荧光显微成像进一步显示，早期形成的G3BP1颗粒与内质网管状结构紧密相邻，提示内质网膜可能参与部分应激颗粒的早期组装。

除 RNA 分析外，该研究还利用 Lantern 建立了快速蛋白质邻近标记方法 CAP-MS，分析应激颗粒组装过程中的蛋白质组成变化。结合时间分辨转录组与蛋白质组数据发现，富含 m⁶A 修饰的RNA在应激早期比 m⁶A 识别蛋白更快地富集于应激颗粒，为理解其组装过程中 RNA 与蛋白质的募集顺序提供了新的线索。

图2. Lantern 介导的 RNA 与蛋白质邻近标记揭示应激颗粒的动态组装过程

该研究通过建立哺乳动物细胞定向进化平台，开发了高活性光催化剂 Lantern，显著提高了 RNA 和蛋白质邻近标记的时间分辨率，并将其应用于应激颗粒动态组装过程的研究。Lantern 为解析活细胞内 RNA 和蛋白质的动态组织提供了新的化学工具，也为深入研究无膜细胞器的形成及其生物学功能创造了条件。

北京大学方煜新、任子祺、郑甫、王瑞祥为论文共同第一作者，william威廉中文官网、北大－清华生命科学联合中心邹鹏教授为论文通讯作者。北京大学生命科学学院刘君课题组参与了研究合作。该研究还得到了科技部、国家自然科学基金委、北京分子科学国家研究中心、北京大学核糖核酸北京研究中心（BEACON）的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1038/s41589-026-02313-y

排版：高杨

审核：牛林，刘志博