近日，上海交通大学医学院分子医学研究院杨朝勇团队与附属仁济医院泌尿科郑军华团队在《Nature Communications》上合作发表了题为“Dyna-vivo-seq unveils cellular RNA dynamics during acute kidney injury via in vivo metabolic RNA labeling-based scRNA-seq”的研究论文。研究团队开发了一种名为 Dyna-vivo-seq 的创新技术，结合代谢标记与单细胞RNA测序，可在活体环境下精准追踪RNA的动态变化，为解析复杂疾病的分子机制提供了全新手段。

RNA是基因表达的直接产物，其动态变化对于细胞适应环境刺激具有重要意义。然而，传统的单细胞RNA测序技术仅能捕捉基因表达的静态快照，无法解析其动态变化。为解决这一难题，研究团队开发了Dyna-vivo-seq方法，将代谢标记物4sU注射至实验小鼠，通过RNA序列碱基变换实现新旧RNA的区分，从而在单细胞水平上精确分析转录组的动态变化。这一技术突破性地实现了对活体RNA动态的高分辨率观测。

Dyna-vivo-seq原理图

利用Dyna-vivo-seq，研究团队描绘了小鼠肾脏组织的RNA动态景观，发现不同细胞类型中RNA合成速率存在显著差异，例如B细胞的RNA新生比例最高。此外，在近曲小管细胞中识别出两类亚群，其RNA动态变化直接影响细胞的物质重吸收功能。这一发现为解析肾脏功能的细胞异质性提供了新视角。更重要的是，研究团队通过肾脏缺血-再灌注损伤模型（IRI），揭示了急性肾损伤（AKI）早期基因表达的快速响应过程。缺氧阶段的转录因子（如Jun和Fos）迅速上调，而再灌注阶段炎症相关因子（如Cebpb）显著激活。相比传统RNA分析，基于新生RNA的分析表现出更高的灵敏度，能够更早捕捉AKI过程中关键分子的变化，为早期干预提供了重要线索。

这一技术不仅验证了其在活体环境中的高效性和生物相容性，还揭示了AKI中的细胞命运变化。例如，RNA新生比例较高的近曲小管细胞在受损时对基因表达的动态调控更为敏感，特定基因如Havcr1的表达在损伤后显著加速。通过RNA速度分析，研究进一步解析了细胞状态的迁移过程，证明了Dyna-vivo-seq在揭示细胞功能变化和调控机制中的独特优势。Dyna-vivo-seq的开发为精准解析活体RNA动态提供了强大的工具，具有广泛的应用潜力。从急性损伤到慢性疾病，从基础研究到临床应用，这一技术为生物医学领域的深入探索打开了新的大门。

上海交通大学医学院附属仁济医院泌尿科郑军华教授、上海交通大学医学院分子医学研究院杨朝勇教授、上海交通大学医学院附属新华医院心血管发育与再生医学研究所副研究员宋佳和福建省能源材料科学与技术创新实验室副研究员林世超为该论文通讯作者。上海交通大学医学院分子医学研究院博士后尹坤、附属仁济医院泌尿科博士后郑重及厦门大学许依玲、郭烨为该论文第一作者。本研究得到国家自然科学基金项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54202-4