A light-inducible dimerization domain is used to create a genetically encoded, light-switchable transactivator of gene expression. The system allows rapid blue light–mediated activation of transgenes containing an appropriate activation sequence with low background and high induction. We developed a light-switchable transgene system based on a synthetic, genetically encoded light-switchable transactivator. The transactivator binds promoters upon blue-light exposure and rapidly initiates transcription of target transgenes in mammalian cells and in mice. This transgene system provides a robust and convenient way to spatiotemporally control gene expression and can be used to manipulate many biological processes in living systems with minimal perturbation.

The altered metabolism of tumor cells confers a selective advantage for survival and proliferation, and studies have shown that targeting such metabolic shifts may be a useful therapeutic strategy. We developed an intensely fluorescent, rapidly responsive, pH-resistant, genetically encoded sensor of wide dynamic range, denoted SoNar, for tracking cytosolic NAD+ and NADH redox states in living cells and in vivo. SoNar responds to subtle perturbations of various pathways of energy metabolism in real time, and allowed high-throughput screening for new agents targeting tumor metabolism. Among > 5,500 unique compounds, we identified KP372-1 as a potent NQO1-mediated redox cycling agent that produced extreme oxidative stress, selectively induced cancer cell apoptosis, and effectively decreased tumor growth in vivo. This study demonstrates that genetically encoded sensor-based metabolic screening could serve as a valuable approach for drug discovery.

Abstract RNA-based fluorogenic modules have revolutionized the spatiotemporal localization of RNA molecules. Recently, a fluorophore named 5-(( Z )-4-((2-hydroxyethyl)(methyl)amino)benzylidene)-3-methyl-2-(( E )-styryl)-3,5-dihydro-4 H -imidazol-4-one (NBSI), emitting in red spectrum, and its cognate aptamer named Clivia were identified, exhibiting a large Stokes shift. To explore the underlying molecular basis of this unique RNA–fluorophore complex, we determined the tertiary structure of Clivia–NBSI. The overall structure uses a monomeric, non-G-quadruplex compact coaxial architecture, with NBSI sandwiched at the core junction. Structure-based fluorophore recognition pattern analysis, combined with fluorescence assays, enables the orthogonal use of Clivia–NBSI and other fluorogenic aptamers, paving the way for both dual-emission fluorescence and bioluminescence imaging of RNA molecules within living cells. Furthermore, on the basis of the structure-based substitution assay, we developed a multivalent Clivia fluorogenic aptamer containing multiple minimal NBSI-binding modules. This innovative design notably enhances the recognition sensitivity of fluorophores both in vitro and in vivo, shedding light on future efficient applications in various biomedical and research contexts.

Telomeres are repetitive DNA sequences and associated protein complexes located at the end of chromatin. As a result of the DNA replication ending issue, telomeric DNA shortens during each cell cycle. The shelterin protein complex caps telomeric ends and forms a high-order protein-DNA structure to protect telomeric DNA. The stability of telomeres is critical for cellular function and is related to the progression of many human diseases. Telomeric repeat-containing RNA (TERRA) is a noncoding RNA transcribed from telomeric DNA regions. TERRA plays an essential role in regulating and maintaining the stability of telomeres. Heterogeneous nuclear ribonucleoproteins (hnRNPs) are RNA-binding proteins associated with complex and diverse biological processes. HnRNPA1 can recognize both TERRA and telomeric DNA. Previous research reported that hnRNPA1, TERRA, and POT1, a component of the shelterin complex, worked coordinately and displaced replication protein A from telomeric ssDNA after DNA replication, promoting telomere capping to preserve genomic integrity. However, the detailed molecular mechanism has remained unclear for over twenty years. Our study revealed the molecular structure through which the hnRNPA1 UP1 domain interacts with TERRA. Through structural analysis, we identified critical residues on the interacting surface between UP1 and TERRA. Furthermore, we proved that nucleic acids significantly increase the phase separation ability of hnRNPA1 and disrupting the UP1-TERRA interaction extraordinarily affects hnRNPA1 droplet formation both in vitro and in vivo. Taken together, these data revealed the molecular mechanism of the droplet formation of hnRNPA1 and TERRA and the possible function of the droplets for maintaining genomic stability.

Reduced glutathione (γ-glutamyl-cysteinyl-glycine, GSH), the primary non-protein sulfhydryl group in organisms, plays a pivotal role in the plant salt stress response. This study aimed to explore the impact of GSH on the photosynthetic apparatus, and carbon assimilation in tomato plants under salt stress, and then investigate the role of nitric oxide (NO) in this process. The investigation involved foliar application of 5 mM GSH, 0.1% (w/v) hemoglobin (Hb, a nitric oxide scavenger), and GSH+Hb on the endogenous NO levels, rapid chlorophyll fluorescence, enzyme activities, and gene expression related to the Calvin cycle in tomato seedlings ( Solanum lycopersicum L. cv. ‘Zhongshu No. 4’) subjected short-term salt stress (100 mM NaCl) for 24, 48 and 72 hours. GSH treatment notably boosted nitrate reductase (NR) and NO synthase (NOS) activities, elevating endogenous NO signaling in salt-stressed tomato seedling leaves. It also mitigated chlorophyll fluorescence (OJIP) curve distortion and damage to the oxygen-evolving complex (OEC) induced by salt stress. Furthermore, GSH improved photosystem II (PSII) electron transfer efficiency, reduced Q A - accumulation, and countered salt stress effects on photosystem I (PSI) redox properties, enhancing the light energy absorption index (PI abs ). Additionally, GSH enhanced key enzyme activities in the Calvin cycle and upregulated their genes. Exogenous GSH optimized PSII energy utilization via endogenous NO, safeguarded the photosynthetic reaction center, improved photochemical and energy efficiency, and boosted carbon assimilation, ultimately enhancing net photosynthetic efficiency (P n ) in salt-stressed tomato seedling leaves. Conversely, Hb hindered P n reduction and NO signaling under salt stress and weakened the positive effects of GSH on NO levels, photosynthetic apparatus, and carbon assimilation in tomato plants. Thus, the positive regulation of photosynthesis in tomato seedlings under salt stress by GSH requires the involvement of NO.

RNA performs a remarkable range of functions, such as RNA processing, chromosome maintenance and dosage compensation. Technologies that robustly and specifically image RNA in its native state are highly desirable, as these technologies can help researchers clarify the localization and functionality of diverse RNAs. Here, we describe the development of a sequence-activated fluorescent RNA (SaFR) technique. In SaFR, in the absence of target RNA, the structure of fluorogenic RNA is disrupted by the invader sequence, and the ability to activate the Pepper's cognate fluorophores is lost as a result. In the presence of target RNA, SaFR undergoes conformational reorganization and transforms into the fluorogenic conformation of Pepper, enabling the activation of fluorophores to produce fluorescent signals. SaFR exhibits favourable properties, such as large dynamic ranges, high specificity and fast fluorescence generation. Further studies showed that exogenous or endogenous RNAs can be tracked in live and fixed cells through SaFR. We further demonstrated the usefulness of SaFR in monitoring the assembly and disassembly of stress granules in real-time. Overall, this study offers a robust and versatile tool for labelling and imaging endogenous RNA in cells, which will be useful for clarifying the functionality and molecular mechanism of RNA.