2026年6月25日，北京大学未来技术学院汪阳明教授团队在国际顶级学术期刊《Molecular Cell》在线发表研究论文“Longitudinal monitoring of cytoplasmic RBP-RNA interactions and transcriptome in living cells by engineered protein nanocages”。研究团队自主开发了一项全新的RNA研究技术——POND-seq（Protein nanocage-empOwered Non-Destructive sequencing），首次实现了对同一批活细胞RNA信息的连续采样和动态追踪，为研究细胞状态转变、环境响应和疾病发生过程中的RNA调控网络提供了全新的技术手段。
从“分子快照”到“连续观测”
RNA是生命活动中最重要的信息载体之一。细胞何时分裂、如何分化、如何响应环境刺激，以及疾病如何发生发展，都与RNA调控网络密切相关。过去二十年，RNA测序技术极大推动了生命科学的发展，并成为现代生物医学研究最重要的工具之一。
然而，现有RNA测序和RNA结合蛋白（RNA-binding proteins，RBPs）研究方法通常需要裂解或固定细胞。这意味着研究人员每次实验都只能获得某一个时间点的“分子快照”，难以连续观察同一批细胞内部RNA信息随时间变化的全过程。
如果把传统RNA测序比作拍照，那么研究人员看到的只是生命活动中的一个瞬间。而许多重要生命过程——例如细胞命运决定、组织发育、环境应答以及疾病进展——本质上都是动态变化的过程。如何实现对活细胞RNA信息的长期连续监测，一直是RNA研究领域的重要挑战。
让细胞主动“寄出”自己的RNA信息
为了解决这一问题，研究团队提出了一种全新的思路：让细胞主动把RNA信息“送出来”。研究人员利用一种工程化蛋白纳米笼作为分子载体，将其与RNA结合蛋白融合表达于细胞中。纳米笼能够捕获细胞内特定RNA分子，并被细胞持续分泌到培养液中。研究人员无需破坏细胞，只需定期收集培养上清，即可获得细胞内部RNA状态的信息。
基于这一设计，团队建立了POND-seq技术平台，实现了RNA信息从活细胞向外界环境的持续输出与非侵入式采样。这种技术突破使RNA研究从传统的终点式检测迈向了动态过程解析，让研究人员有机会连续观察细胞内部RNA调控网络的变化过程。
POND-seq作用原理和应用
准确捕获RNA调控网络
为了验证POND-seq的可靠性，研究团队利用IGF2BP1、YTHDF2、FMR1、PUM2等多个经典RNA结合蛋白进行了系统测试。结果显示，POND-seq获得的RNA结合谱与领域内主流CLIP等技术获得的数据高度一致，表明该技术能够准确识别RNA结合蛋白所调控的RNA靶标。此外，POND-seq还能够捕获microRNA及其相关靶RNA，并适用于多种不同来源的细胞类型，展现出良好的通用性。
研究团队进一步利用POND-seq连续监测低氧环境下RNA甲基化识别蛋白YTHDF2与RNA之间的相互作用。结果发现，随着低氧刺激的持续进行，YTHDF2的RNA结合谱发生动态重塑，并与RNA甲基化状态变化密切相关。这一结果证明，POND-seq能够记录RNA调控网络随环境变化而产生的动态响应。
在活细胞中连续读取转录组信息
除了研究特定RNA结合蛋白的靶标，研究团队进一步将POND-seq拓展至整个转录组层面。通过利用poly(A)结合蛋白PABPC1广泛捕获成熟mRNA，研究人员实现了对活细胞转录组的长期连续监测。在TNFα诱导的炎症模型中，POND-seq成功记录了同一批细胞从炎症激活到恢复稳态的完整过程，重现了炎症相关转录程序的动态变化。
更重要的是，通过结合细胞类型特异性启动子，POND-seq能够在混合培养体系中选择性读取目标细胞的转录组信息，而无需进行细胞分选。这一能力为研究肿瘤微环境、细胞间通讯以及复杂组织模型中的基因调控网络提供了新的技术路径。
自动化、高通量，助力疾病研究
由于无需复杂的交联、免疫纯化和细胞分选等步骤，POND-seq天然具有自动化和高通量优势。研究团队利用自动化实验平台，对87个与脆性X综合征相关的FMR1变异进行了系统分析。结果发现，多数已知致病突变都会显著改变FMR1与RNA之间的结合模式。同时，团队还鉴定出一个此前临床意义尚不明确的FMR1 E280K变异，其RNA结合特征与多个已知致病突变高度相似，提示其可能具有潜在致病性。这一结果展示了POND-seq在遗传变异功能评估、疾病机制研究以及RNA药物研发中的应用潜力。
为动态生命科学研究提供新工具
作为一种全新的RNA研究技术，POND-seq目前主要适用于胞质RNA及胞质RNA结合蛋白研究，尚不能提供单核苷酸分辨率的RNA结合位点信息。然而，其无需破坏细胞、能够长期连续采样的独特优势，为RNA研究从“静态观察”走向“动态解析”提供了新的技术路径。
近年来，RNA技术已成为生命科学和生物医药创新的重要前沿方向。POND-seq的建立不仅拓展了RNA研究工具箱，也为理解生命过程中的动态信息流动提供了新的观察窗口。未来，随着蛋白纳米工程、人工智能和复杂细胞模型等技术的发展，POND-seq有望应用于类器官、疾病模型乃至更加复杂的生物体系研究，为生命科学基础研究和精准医学发展提供新的技术支撑。
北京大学未来技术学院、核糖核酸北京研究中心汪阳明教授为论文通讯作者。北京大学未来技术学院博士后胡鲁峰和已毕业博士研究生谢岗为论文共同第一作者。吴怡霞老师、北京大学未来技术学院博士生李宇轩、万子力、汪家震以及西湖大学生命科学学院博士后米黎等参与了本研究并作出重要贡献。
