Illuminating compartmentalized AMPK signaling in single cells.
AMP-激活蛋白激酶（AMPK）是细胞能量稳态的关键调控因子，在能量应激下通过结合AMP并被上游激酶（如LKB1和CaMKK2）磷酸化而完全激活，从而恢复代谢平衡；CaMKK2还可响应钙信号独立于AMP激活AMPK。本文综述了用于测量AMPK活性的遗传编码激酶活性报告器（KARs）的发展，重点介绍FRET型、单荧光蛋白激发比型、相分...
(p)ppGpp mediates persister formation in
细菌持久性导致抗生素治疗失败和感染复发，但促进持久细胞形成的代谢线索仍不清楚。本研究检测大肠杆菌从葡萄糖转换至不同碳源后的持久性。与转换至丙酮酸、苹果酸、琥珀酸和延胡索酸等糖异生碳源相比，葡萄糖到脂肪酸转换诱导异常高的持久水平，24 h后分别耐受氨苄西林56%、羧苄西林22%和庆大霉素1%。利用RNA生物传感器和HPLC发现，葡萄糖...
Two novel red-FRET ERK bosensors in the 670-720 nm range.
细胞命运决定受复杂信号网络调控，细胞外信号调节激酶（ERK）是控制细胞增殖与分化的核心节点。ERK 常与其他调控因子协同作用，因此需要在单细胞水平同时研究多条信号通路。现有 ERK 等通路的荧光生物传感器存在明显光谱重叠，限制多重检测。为此，作者开发了两种新型红色 FRET ERK 生物传感器 REKAR67 和 REKAR76，工...
Two Novel Red-FRET ERK Biosensors in the 670-720nm Range.
细胞命运决定受复杂信号网络调控，细胞外信号调节激酶（ERK）是核心调控因子。然而 ERK 很少单独发挥作用，需要在单细胞水平同时研究多条信号通路。现有 ERK 等通路的荧光生物传感器存在明显光谱重叠，限制多路复用。为此，作者开发了两种新型红色 FRET ERK 生物传感器 REKAR67 和 REKAR76，工作于 670–720 ...
Development of a Dual Reporter System to Simultaneously Visualize Ca
本研究提出一种基于相分离的激酶活性报告系统 AMPK-SPARK，用于 AMPK，通过形成明亮荧光团簇报告 AMPK 激活。进一步构建双报告系统 GCaMP-AMPK-SPARK，将单荧光蛋白 Ca2+ 生物传感器 GCaMP6f 整合到初始设计中，实现同时监测 Ca2+ 水平和 AMPK 活性。该系统无需共表达不同生物传感器和复杂...
A genetically encoded biosensor to monitor dynamic changes of c-di-GMP with high temporal resolution.
实时、高时间分辨地监测信号分子和代谢物变化是理解动态生物系统的关键。本文利用定向进化策略，开发了一种用于细菌普遍第二信使环二鸟苷酸（c-di-GMP）的基因编码比率型生物传感器。c-di-GMP 调控运动性、表面附着、毒力与持留等重要过程。所得传感器 cdGreen2 能在单细胞水平忠实追踪 c-di-GMP，并在长时间成像中保持高...
A guide to ERK dynamics, part 1: mechanisms and models.
细胞外调节蛋白激酶（ERK）长期被视为驱动细胞生长、增殖、死亡等关键过程的核心通路。现代生物传感器研究揭示，ERK 活性的时间模式具有高度可变性和细胞间异质性，且这些动态差异会调节细胞命运。本综述第一部分系统讨论 ERK 通路动态活性的当前认识，包括如何调控细胞决定，以及细胞命运如何进一步影响组织调控与病理。文章首先回顾光遗传学和活...
Memory of stochastic single-cell apoptotic signaling promotes chemoresistance in neuroblastoma.
基因表达噪声可通过少数癌细胞中个别基因的高表达促进随机性耐药。本文证明，当噪声在凋亡信号网络多个组分中被整合时，耐药神经母细胞瘤细胞的出现频率显著升高。作者利用JNK活性生物传感器，结合纵向高内涵成像和活体成像，鉴定出一群因JNK信号网络内噪声而存在的随机性JNK受损、化疗耐药细胞。进一步发现，化疗后这种初始随机状态的记忆在体外、体...
Large scale, single-cell FRET-based glucose uptake measurements within heterogeneous populations.
荧光生物传感器可在活单细胞内测量代谢物、小分子浓度以及 pH、分子拥挤等性质，但缺乏用于识别细胞并定量单细胞生物传感器信号的简便软件。本文开发了名为 FRETzel 的新软件包，以填补这一空白，并通过首次在不同大小单个脂肪细胞中测量胰岛素刺激的葡萄糖摄取来展示其应用。研究利用表达葡萄糖 FRET 纳米传感器的 3T3-L1 脂肪细胞...
A transcriptional biosensor to monitor single cancer cell therapeutic responses by bioluminescence microscopy.
当多种延长生命药物可用于癌症治疗时，预测药物反应的肿瘤生物标志物对指导治疗至关重要。传统标志物多基于组织整体分析，无法反映导致耐药的单细胞异质性，因此需要能够直接评估单个癌细胞及细胞群药物敏感性的新方法。本研究报道一种利用生物发光显微镜检测单个前列腺癌细胞对雄激素受体轴靶向治疗（ARAT）反应并预测细胞群敏感性的新方法。作者构建了腺...
Visualising and understanding cGMP signals in the cardiovascular system.
环磷酸鸟苷（cGMP）是人体内重要的信号分子。荧光 cGMP 生物传感器已成为在单细胞水平灵敏分析 cGMP 通路的重要工具。本文首先概述 cGMP 在生理、病理及药物治疗中的多重作用，随后总结 cGMP 实时成像对理解内源性 cGMP 信号和药物作用提供的新认识，重点聚焦心血管系统。cGMP 生物传感器的应用带来若干概念性进展，例...
Chemical-Biology-derived in vivo Sensors: Past, Present, and Future.
为理解生物系统复杂的生化与生物物理过程，需要能够在单细胞水平、以高时空分辨率实时监测分子局部浓度、大分子组装体的物理性质以及信号通路的激活状态。本文回顾化学生物学已经提供、正在提供以及未来需要提供的工具，重点强调分子探针在测量机械力和关键信号通路通量中的价值。化学生物学既可用于构建用于可视化的生物传感器，也可用于构建扰动生物过程的执...
In Situ Formation of Au-Glycopolymer Nanoparticles for Surface-Enhanced Raman Scattering-Based Biosensing and Single-Cell Immunity.
糖纳米粒子因多种生物相互作用能力而受到关注，但理解细胞群体中不同单细胞对外源颗粒的响应仍具挑战。本文通过邻硝基苯基-β-半乳糖苷（ONPG）在金核化辅助下原位聚合，设计了含聚苯胺（PANI）的半乳糖化金纳米粒子（Au@PGlyco NPs）。纳米金负载的聚苯胺结构在表面增强拉曼散射（SERS）中产生电磁增强。作者研究了邻硝基苯基化合...
Quantifying single-cell ERK dynamics in colorectal cancer organoids reveals EGFR as an amplifier of oncogenic MAPK pathway signalling.
直接靶向下游丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路以抑制 KRAS 和 BRAF 突变结直肠癌（CRC）中细胞外调节蛋白激酶（ERK）激活，在临床上未能成功；而联合表皮生长因子受体（EGFR）抑制的治疗策略则显示出较好前景。为阐明肿瘤中 EGF 信号与 ERK 激活之间的相互作用，作者利用来自 KRAS 和 BRAF 突变 CRC 的患...
Identification of guanine nucleotide exchange factors that increase Cdc42 activity in primary human endothelial cells.
Rho GTPase 家族参与肌动蛋白动力学并调控内皮屏障功能，其中 Cdc42 是主要的促屏障 Rho GTPase。目前内皮细胞中 Cdc42 信号网络的调控机制仍缺乏分子细节。本研究聚焦于内皮细胞中表达的 15 种 Rho 鸟苷酸交换因子（GEF），利用单细胞 FRET 生物传感器在原代人脐静脉内皮细胞中监测其对 Cdc42 ...
Visualizing cellular heterogeneity by quantifying the dynamics of MAPK activity in live mammalian cells with synthetic fluorescent biosensors.
有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPKs）通过将胞外信息转导为特定生物学反应，调控细胞生长、分化、应激适应和凋亡等多种功能。为理解这些通路的调控机制，需要在活体单细胞水平进行动态定量测量。荧光显微成像适合此类测量，但仍需更灵敏、动态范围更大的生物传感器。作者将酵母中合成的激酶活性转位传感器（SKARS）改造用于哺乳动物细胞，构建了可被人源...
Single-Cell Activation of the cAMP-Signaling Pathway in 3D Tissues with FRET-Assisted Two-Photon Activation of bPAC.
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...
Rational Design of a Protein Kinase A Nuclear-cytosol Translocation Reporter.
蛋白激酶A（PKA）以四聚体全酶形式存在，在 cAMP 升高时被激活，并在心脏生理、神经元发育和脂肪细胞功能等过程中发挥重要作用。尽管该激酶已被用于多种生物传感器设计，但尚未报道性能可与 Förster 共振能量转移（FRET）报告蛋白相当的单荧光团报告蛋白。本研究基于 PKA 底物识别中的静电相互作用和核定位序列（NLS）基序，设...
A Single Silicon Nanowire-Based Ratiometric Biosensor for Ca
钙离子（Ca2+）是细胞内重要第二信使，尤其在神经元中发挥关键作用；其浓度不足或过量可引发神经元凋亡并进一步损伤脑组织。为实现细胞内 Ca2+ 的准确分析，作者构建了一种基于单根硅纳米线（SiNW）的比率型生物传感器：将 Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2 作为参考分子、Fluo-3 作为响应分子同时共...
Electrochemiluminescence Biosensor for Nucleolin Imaging in a Single Tumor Cell Combined with Synergetic Therapy of Tumor.
核蛋白（nucleolin）是核内多功能蛋白，在肿瘤细胞增殖、存活和凋亡中起重要作用。不同于传统电化学发光（ECL）方法，本文构建一种新型 ECL 生物传感器，用于单个 HeLa 细胞中 nucleolin 的高灵敏、高通量 ECL 成像。具体地，介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）负载多柔比星（DOX）和 12-肉豆蔻酸-13-佛波酯（...