微小核糖核酸（microRNA）是细胞内源的非编码RNA，与靶基因结合后可调控基因表达。对microRNA靶基因的解析有助于了解microRNA在细胞内的生物过程，为针对microRNA的疾病诊断以及治疗提供新的理论基础或方法。目前microRNA靶基因的鉴定主要依赖于生物信息学预测的方法。已知在3’末端修饰生物素的microRNA在细胞内会丧失其调控基因表达的功能，因此用化学生物学方法鉴定microRNA在细胞内的靶基因一直是一个难题。针对这一挑战，张艳课题组与张辰宇教授研究团队合作开展了深入的学科交叉研究，提出了以可发生光点击化学反应的四氮唑基团为化学标签对microRNA进行化学修饰（图1），这一修饰相比于生物素修饰可避免microRNA细胞内功能的丧失。待可发生光点击化学反应的microRNA与细胞内靶基因结合后，通过一步法的光点击化学反应在microRNA与其结合的靶基因上修饰生物素基团，进而利用链霉素的亲和作用成功实现了对细胞内microRNA靶基因的富集、分离与鉴定（J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI:10.1021/jacs.6b08521）。这一研究在通过实验方法鉴定microRNA靶基因方面实现了重要突破，为利用化学生物学手段研究细胞内microRNA提供了新的工具及思路。该论文由李金波副研究员和2015级博士研究生黄磊为共同第一作者，张辰宇教授与张艳教授为共同通讯作者。.
图1、基于“光点击化学”的微小核糖核酸细胞内靶基因鉴定方法
该工作是张艳教授课题组与生命科学院张辰宇教授课题组密切合作的代表性工作之一。近年来基于化学与生命科学研究的交叉和融合（Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 506-517），张艳和张辰宇教授课题组已在microRNA的化学生物学研究方面逐步打开局面，在microRNA在细胞内的成像、传输和小分子调控方面开展了系统研究（图2）。在以光反应为手段构建的化学小分子库中筛选发现了对细胞内不同microRNA有调控活性的小分子（Chem. Commun., 2012, 48, 6432-6434；Bioorg. Med. Chem., 2013, 21, 6124-6131），并基于该类活性小分子探针发现了肌肉细胞内一条全新的信号通路（Chem. Biol., 2014, 21, 1265-1270）。同时针对合成的外源microRNA类似物传输进入细胞效率低的问题，张艳课题组发展了以智能超分子水凝胶为载体的新传输方法，实现了细胞外微小核糖核酸向细胞内的转运以及靶向、光控运输（Chem. Commun., 2014, 50, 3722-3724；Chem. Commun., 2016, 52, 12517-12520）。这些学科交叉的研究工作得到了国家自然科学基金、科技部973项目、中组部青年拔尖人才及BETVLCTOR伟德官网下载登峰B计划的支持
图2、课题组围绕细胞内microRNA开展的化学生物学研究