基因转录是中心法则的重要环节。动物需要对内源基因的转录进行灵敏和精确的调控，这是细胞实现其正常生理功能的基础。前人发明了基于MS2/MCP体系的活细胞转录报告系统，其原理是将多重串联的MS2序列插入到目标基因内；目标基因被转录后，转录本中MS2形成的茎环结构特异性地被与荧光蛋白（例如绿色荧光蛋白）融合的MCP蛋白识别，从而实现对目标基因转录本的示踪。多数前人的研究将多重串联的MS2序列插入到目标基因的5’或3’非翻译区，这往往会显著影响内源基因的表达水平，限制了该技术在活体动物内的广泛应用。

2024年10月14日，浙江大学转化医学研究院/医学院附属第四医院邹炜研究组、基础医学院陈宝惠研究组和海南大学生命健康学院裴业春研究组合作，在《Journal of Cell Biology》期刊发表题为《MONITTR allows real-time imaging of transcription and endogenous proteins in C. elegans》的研究论文。研究团队将24个串联的MS2序列插入到红色荧光蛋白mCHEERY编码基因的内含子中，并将这种二合一的标签命名为DualTag。研究者通过CRISPR/Cas9介导的基因敲入技术，将DualTag插入到模式动物秀丽线虫（C. elegans）多个目标内源基因的N端或者C端；同时，利用线虫内源lmn-1基因启动子表达了MCP::GFP（标记信使RNA）和 BFP::LMN-1（标记细胞核膜形态）；通过遗传学杂交和共聚焦显微成像，实现对目标内源基因转录及内源蛋白水平的实时监测。研究者构建了18个CRISPR介导的内源基因敲入品系，发现将24xMS2序列插入在内含子区域显著优于插在3’非翻译区上游。这是因为初级转录本中内含子区域内的24xMS2在剪接加工过程中被移除，大幅度地降低了RNA标签插入对目标基因表达水平影响。通过开展单分子荧光原位杂交实验，研究者证明MCP::GFP形成的亮斑聚集了初级转录本。进一步，研究者利用MONITTR（MS2-embedded mCherry-based monitoring of transcription）新技术在单细胞和单等位基因水平上实时监测禁食反应中icl-1和acdh-1等禁食响应基因的转录动态，hsp-16.41在热激前后以及hsp-4在内质网应激前后的转录动态，并探索了NHR-49、HLH-30和HSF-1等关键转录因子在相关应激反应中的转录动态调控规律。

 MONITTR监测代谢基因acdh-1和hach-1在表皮组织中的转录水平

邹炜课题组的直博生刘晓凡、硕士生孙萍萍（已毕业）和裴业春课题组的硕士生常智（已毕业）为该论文的的共同第一作者。邹炜研究员、陈宝惠研究员和裴业春教授为该论文的共同通讯作者。邹炜课题组的博士后曹贝贝、直博生王宇峙和方洁也对本研究做出了重要贡献。该研究项目得到了多个国家自然科学基金项目和国家重点研发项目的经费支持。

研究论文全文请见: DOI: 10.1083/jcb.202403198 （Liu et al., J Cell Biol. 2025 Jan 6;224(1):e202403198. Epub 2024 Oct 14）。