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...
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...
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...
OLIVe: A Genetically Encoded Fluorescent Biosensor for Quantitative Imaging of Branched-Chain Amino Acid Levels inside Single Living Cells.
支链氨基酸（BCAAs）是必需氨基酸，并作为信号分子调控细胞代谢过程，其胞内利用可能受环境营养可及性调节。然而，由于缺乏适合单活细胞内BCAA浓度测量的方法，胞内BCAA浓度随环境条件变化的时空调控尚不清楚。本研究开发了一种基于Förster共振能量转移（FRET）的基因编码BCAA生物传感器，命名为OLIVe。该传感器FRET值随...
Live imaging of ERK signalling dynamics in differentiating mouse embryonic stem cells.
ERK/MAPK 通路激活是小鼠胚胎干细胞（ESCs）退出多能性并启动分化所必需的，但单个细胞中 ERK 活性的动态变化仍不清楚。作者利用基于 FRET 的基因编码生物传感器 EKAREV，实时监测分化过程中单个小鼠 ESC 的 ERK 信号动态。结果显示，ERK 活性在 ESC 群体中高度异质，同一克隆内单个细胞间存在显著差异；不...
DNA Tetrahedron Based Biosensor for Argonaute2 Assay in Single Cells and Human Immunodeficiency Virus Type-1 Related Ribonuclease H Detection in Vitro.
本文报道了一种基于DNA四面体的生物传感器（DTB），用于RNA干扰关键蛋白Argonaute2（Ago2）的成像与检测。DTB由DNA四面体框架和光诱导电子转移（PET）荧光换能对组成：四面体由四条核酸链自组装而成，其中一条边上的DNA3形成发夹RNA序列并嵌入互补双链中；另一条DNA4的两端分别标记DNA/银纳米簇（AgNC）和...
A FRET biosensor for necroptosis uncovers two different modes of the release of DAMPs.
坏死性凋亡是一种依赖受体相互作用蛋白激酶3（RIPK3）和混合谱系激酶结构域样蛋白（MLKL）的受调控坏死形式。危险相关分子模式（DAMPs）从死亡细胞释放并参与多种病理过程，但其释放机制尚不清楚。本文开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器 SMART，用于监测 RIPK3 介导的 MLKL 激活。SMART 由 M...
Co-imaging extrinsic, intrinsic and effector caspase activity by fluorescence anisotropy microscopy.
为克服细胞间差异并有效评估生物网络中的信号传播，需要在单个活细胞中同时定量多个生物学可观测量。荧光生物传感器常用于监测蛋白相互作用和酶活性，但同步测量超过两个参数仍具挑战。本研究设计了三种光谱分离的各向异性 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器，以克服该困难。作者以凋亡刺激下外源、内源和效应半胱天冬酶（caspase ...
Integrated Platform for Monitoring Single-cell MAPK Kinetics in Computer-controlled Temporal Stimulations.
细胞外调节激酶（ERK）是决定细胞增殖、分化和迁移等命运的关键调控分子。本文提出一种用于在时间分辨生长因子刺激下学习 ERK 动力学的新型实验流程。遗传编码的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器具有高信噪比，可在每个时间点获取大量单细胞 ERK 活性；计算机控制微流控则精细调节刺激的时间模式。利用该平台，作者观察到静态表皮生长因子...
Enhanced-acceptor fluorescence-based single cell ATP biosensor monitors ATP in heterogeneous cancer populations in real time.
现有细胞 ATP 监测方法难以在单细胞水平实时提供 ATP 的空间与时间定位，且对 ATP 的特异性不足。本研究开发了一种基于增强受体荧光（EAF）的单细胞 ATP 生物传感器，用于实时可视化细胞内 ATP。该传感器采用 Bacillus subtilis F0F1 ATP 合酶 e 亚基的修饰模拟物作为识别元件，该模拟物可结合 A...
In vivo imaging of hierarchical spatiotemporal activation of caspase-8 during apoptosis.
背景：半胱天冬酶（caspase）激活是凋亡执行的关键步骤，但起始半胱天冬酶-8（CASP8）激活的动态过程尚未完全阐明。方法/主要发现：作者建立了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器，用于在单细胞水平可视化与 CASP8 激活相关的凋亡信号。该双 FRET（dual-FRET）系统由三荧光蛋白融合蛋白 CYR83 组成...