高性能生物传感器对阐明膜磷脂复杂时空调控作用与动态变化至关重要，但提高灵敏度和成像性能仍是挑战。本文提出基于光遗传学的磷脂生物传感器优化策略。首先，利用循环置换LOV2（cpLOV2）介导的核质运输系统，将未结合探针在暗态下预隔离于细胞核，并通过蓝光调控其胞质水平，从而降低高表达条件下未结合探针造成的背景干扰，提高磷脂检测的信背比。...
过氧化氢（H2O2）作为第二信使，通过线粒体内高度区室化的产生传递代谢应激信号。活性氧（ROS）在线粒体区室与细胞质之间生成和扩散的动态决定氧化应激反应与病理过程，但机制仍不清楚。本研究将 H2O2 生物传感器 HyPer7 与靶向多个线粒体微区室的 ROS 生成蛋白 KillerRed（KR）光遗传刺激相结合，实现单线粒体 H2O...
近红外（NIR）基因编码钙指示剂（GECI）正成为神经科学研究中的有力工具。由于其光谱特性，NIR GECI 可避免哺乳动物组织中色素吸收、光散射和自荧光造成的信号损失，并且在与常用荧光指示剂及光遗传学执行器联用时不易产生交叉激发伪影。尽管已有多种 NIR GECI，但目前尚无一种能同时具备细胞内高亮度、良好光稳定性、小分子尺寸和快...
在趋化运动中，中性粒细胞利用细胞表面G蛋白偶联受体（GPCR）感知趋化因子梯度。下游信号网络通过多重反馈环路放大微弱输入，并促进细胞前/后极性分离。正反馈可能加速信号扩散，但受体信息却以高空间保真度传递，使细胞能分辨跨膜微小浓度差。信号网络如何在放大信号的同时保留空间信息仍不清楚。Cdc42是细胞前极性协调因子，其活性不对称可预测细...
细菌光激活腺苷酸环化酶（bPAC）广泛用于信号转导研究，但其双光子吸收截面低，难以通过双光子激发高效激活。本研究利用单体青色荧光蛋白1（mTFP1）的高双光子吸收特性，基于FRET辅助光激活技术开发了可双光子激活的bPAC（2pabPAC），即mTFP1ΔC11与bPAC的融合蛋白。在2pabPAC中，mTFP1吸收870 nm双光...
既往多种 Src 家族激酶生物传感器研究显示，细胞核内激酶活性明显低于胞质，提示核与胞质存在不同调控。本研究以 Fyn 为例，构建了带光诱导核定位信号的 Fyn FRET 生物传感器，证明 Fyn 激酶活性在核内显著低于胞质。为进一步理解 Fyn 与其磷酸酶在胞质和核内不同平衡状态的维持机制，作者又构建了融合光诱导核定位信号的 Fy...
基于 Förster 共振能量转移（FRET）的基因编码生物传感器已被用于可视化信号分子活性。目前大多数传感器由青色荧光蛋白和黄色荧光蛋白（CFP/YFP）组成，限制了在单个细胞内同时使用多种 FRET 传感器，且与蓝光驱动的光遗传工具不兼容。为克服这些问题，作者开发了具有红移激发和发射波长的 FRET 生物传感器。通过计算 För...
睡眠在进化上保守，研究线虫等简单无脊椎动物可在单细胞水平揭示睡眠机制。跨物种保守的睡眠调控通路涉及环磷酸腺苷（cAMP），它作为第二信使激活蛋白激酶A。线虫在环境损伤引起的细胞应激后出现应激诱导睡眠（SIS），是研究疾病相关睡眠的模型，且由简单神经回路控制，便于解析睡眠中的 cAMP 信号。作者利用红光激活的腺苷酸环化酶 IlaC2...
由于现有遗传编码探针存在光谱重叠，直接可视化并光控多个细胞过程具有挑战。本文报道迄今最红移的单体近红外（NIR）荧光蛋白 miRFP720，以及全近红外 Förster 共振能量转移（FRET）对 miRFP670–miRFP720，使所设计的生物传感器能够与 CFP–YFP 成像和蓝绿光遗传学工具兼容。作者开发了 Rac1 GTP...