Imaging Single mRNA Dynamics in Live Neurons and Brains

Authors : Hyungseok C Moon and Hye Yoon Park

RNA는 유전자 발현에서 핵심적인 역할을 수행하는 분자로서, RNA의 생성 그리고 세포 내에서 RNA의 국지화는 그 중요성으로 인해 학계의 큰 관심을 받고 있는 분야이다. RNA의 공간적인 분포를 단일 분자수준에서 관찰하기 위하여 기존에 사용되었던 Fluorescent in situ hybridization (FISH)는 수많은 연구들의 밑바탕이 되었으나, 이 기술은 살아있지 않고 화학적으로 고정된 세포에서만 사용할 수 있다는 한계점이 있다. 박혜윤 교수 연구팀은 배양된 살아있는 세포와 더불어 살아있는 조직에서까지도 RNA의 dynamics를 단일분자 수준에서 관찰할 수 있는 기술[Science 343, 422, 2014]의 상세한 방법을 기술하는 논문을 Methods in Enzymology에 게재하였다.


RNA is a key player in the process of gene expression. Whereas fluorescence in situ hybridization (FISH) allows single mRNA imaging in fixed cells, the MS2-GFP labeling technique enables the observation of mRNA dynamics in living cells. Recently, two genetically-engineered mouse models have been developed for the application of the MS2-GFP system in live animals. First, the Actb-MBS mouse was generated by knocking in 24 repeats of the MS2 stem-loop sequence in the 3´ untranslated region (3′ UTR) of the β-actin gene. Second, the MCP mouse was made to express the NLS-HA-MCP-GFP transgene in all cell types. By crossing Actb-MBS and MCP mice, a double homozygous mouse line, MCP x MBS, was established to visualize endogenous β-actin mRNA labeled with multiple green fluorescent proteins (GFPs). By imaging hippocampal neurons or brain slices from MCP x MBS mice, the dynamics of mRNA, such as transcription, transport and localization, can be studied at single mRNA resolution. In this paper, we explain the basics of MCP x MBS mice and describe methods for utilizing these animals.