Localized heat induces ERK activation and signal propagation in solid tumors.
金属纳米颗粒的局域等离激元加热为通过可控热应力破坏癌细胞提供了有前景的策略。然而，在复杂组织环境中细胞如何感知并响应微尺度温度变化仍不清楚。本文研究等离激元诱导的局部加热如何重塑肿瘤球状体中细胞内信号传导和细胞命运，重点关注细胞外调节激酶（ERK）通路。表达 FRET 型 ERK 生物传感器的 HeLa 球状体接受由金纳米星作为纳米...
A red fluorescent genetically encoded biosensor for in vivo imaging of extracellular L-lactate dynamics.
L-乳酸日益被认为是哺乳动物细胞间能量货币，但其经细胞外环境在细胞间释放与摄取的空间和时间动态仍不清楚。本文报道一种红色荧光细胞外L-乳酸遗传编码生物传感器R-eLACCO2.1。与既往绿色荧光传感器相比，R-eLACCO2.1在活体内对细胞外L-乳酸升高的敏感性和光谱正交性更优。该传感器在培养细胞、小鼠脑片和活体小鼠中均表现出良好...
Asymmetric dysregulation of glutamate dynamics across the synaptic cleft in a mouse model of Alzheimer's disease.
本研究关注海马突触间隙谷氨酸动态的不对称调控。既往发现星形胶质细胞对突触后位点的覆盖约为突触前位点的4倍，但功能意义不明。作者使用谷氨酸荧光生物传感器 iGluSnFR，并通过 AAV 将其限制表达于 CA3 或 CA1 神经元，分别成像突触前和突触后微环境。结果显示，抑制主要表达于星形胶质细胞的谷氨酸转运体 GLT-1 后，突触前...
A genetically encoded far-red fluorescent calcium ion biosensor derived from a biliverdin-binding protein.
远红与近红外（NIR）遗传编码钙离子指示剂（GECI）是体内成像和多重成像神经活动及细胞信号的重要工具。受此前从胆绿素（BV）结合近红外荧光蛋白工程化远红荧光蛋白的启发，本研究基于已报道的近红外 GECI 开发了一种远红荧光 GECI，命名为 iBB-GECO1。iBB-GECO1 具有较高分子亮度，对 Ca2+ 呈反向荧光响应，Δ...
Autoimmune neuroinflammation triggers mitochondrial oxidation in oligodendrocytes.
少突胶质细胞（ODC）是中枢神经系统髓鞘化细胞，支持神经元存活。氧化剂和线粒体功能障碍被认为是多发性硬化（MS）神经炎症中 ODC 损伤的主要原因，但其动态过程仍不清楚，限制了神经保护策略设计。为在体阐明 ODC 线粒体氧化损伤与功能障碍的时空模式，作者构建了新型小鼠模型，使 ODC 选择性表达比率型 H2O2 生物传感器 mito...
Ratiometric fluorescence biosensor for imaging of protein phosphorylation levels in atherosclerosis mice.
动脉粥样硬化（AS）是冠心病、脑梗死和外周血管疾病的主要原因，是威胁人类健康的重要疾病。蛋白磷酸化水平异常与疾病发生发展密切相关。本研究利用金属有机框架 PCN-224 和荧光纳米簇“毛球”（Wool-Balls）制备了比率荧光纳米传感器 PCN/W–B@BSA，并将其应用于 AS 小鼠模型中蛋白磷酸化水平的比率荧光成像。该传感器通...
A Rationally and Computationally Designed Fluorescent Biosensor for d-Serine.
溶质结合蛋白（SBP）在配体结合亲和力、热稳定性与构象变化之间形成平衡，可用于小分子运输、传感与趋化。尽管SBP的配体诱导构象变化使其适合作为生物传感器元件，但对其进行蛋白质工程改造难度较大。本研究通过理性设计与计算设计，将一种D-丙氨酸特异性SBP改造为对信号分子D-丝氨酸具有选择性的荧光传感器D-serFS。该传感器通过结合位点...
An ultrasensitive biosensor for high-resolution kinase activity imaging in awake mice.
蛋白激酶控制细胞功能的几乎所有环节，这些关键信号节点整合多条通路输入以调节复杂生理过程，异常激酶信号与多种疾病相关。虽然荧光蛋白生物传感器通过在活细胞中直接、时空精确地测量激酶活性而革新了激酶信号研究，但仍需更强健的分子工具在不同实验场景中追踪激酶活性动态。本文报道了一种经高通量连接肽库筛选获得的第二代超灵敏激发比率型蛋白激酶A（P...
Rhodopsin-mediated light-off-induced protein kinase A activation in mouse rod photoreceptor cells.
视网膜中光诱导的突触外多巴胺释放可降低视杆细胞内环磷酸腺苷（cAMP）水平，并介导光依赖性脱敏，但视杆细胞 cAMP 动态的精细时间过程因技术困难而难以解析。本研究利用表达 FRET 型蛋白激酶 A（PKA）活性生物传感器 AKAR3EV 的 PKAchu 小鼠，通过双光子活体成像观察离体视网膜中 PKA 的时空调控。除已知的开光诱...
A New Phenolate-Ion-Type Two-Photon Near Infrared Fluorophore-Based Biosensor for High-Performance Detection of HNO.
近年来，(E)-4-(2-(4-(二氰亚甲基)-4H-色烯-2-基)乙烯)苯酚盐阴离子（DCPO-）被认为是潜在的近红外（NIR）生物传感器信号单元，但其共轭酸 DCPOH 的 pKa 约为 9，导致生理条件下 DCPO- 浓度较低，基于 DCPO- 的生物探针灵敏度不足。本文通过在 DCPO- 的酚环上进行邻位二氟取代，发展了一种...
The kinetic mechanisms of fast-decay red-fluorescent genetically encoded calcium indicators.
遗传编码钙指示剂（GECI）是报告细胞信号、神经元及网络活动的重要工具。本研究针对两种近期发展的红色荧光GECI（RGECI）——基于mApple的jRGECO1a和基于mRuby的jRCaMP1a，通过理性突变生成新型快速衰减变体，并系统研究其动力学机制。结果显示，jRGECO1a和jRCaMP1a荧光复合物的形成均为钙结合后发生...
Lysosome-targeted two-photon fluorescent probe for detection of hypobromous acid in vitro and in vivo.
研究发现次溴酸（HOBr）可影响IV型胶原活性。本文基于Suzuki偶联反应合成了一种溶酶体靶向荧光探针NA-lyso，以萘酰亚胺为荧光基团。HOBr可氧化探针上的氨基和甲基硫醚基团，提高探针共轭程度，从而改变其光学性质，据此建立HOBr特异性检测方法。NA-lyso具有响应快、荧光量子产率高（Φ=59.17%）、选择性好、细胞毒性...
Intravitreal AAV-Delivery of Genetically Encoded Sensors Enabling Simultaneous Two-Photon Imaging and Electrophysiology of Optic Nerve Axons.
少突胶质细胞对轴突的髓鞘化是中枢神经系统快速传导的关键特征，其不仅调节轴突传导速度，还可能通过代谢支持维持轴突长期完整性，但髓鞘化少突胶质细胞如何影响轴突能量稳态仍不清楚且难以研究。本文建立了一种结合电生理与双光子成像研究急性分离视神经中电活动髓鞘化轴突的方法。作者证明玻璃体内腺相关病毒（AAV）载体递送可高效实现视神经轴突中功能传...
Imaging sympathetic neurogenic Ca
本文综述了利用光学成像研究交感神经活动（SNA）在血管功能中作用的信息。早期研究在离体动脉和血管组织中采用电场刺激神经末梢（EFS）模拟 SNA，并通过共聚焦成像外源荧光钙指示剂，揭示去甲肾上腺素（NE）、ATP 和神经肽 Y（NPY）在血管平滑肌细胞中引发或调节不同钙信号模式。嘌呤能突触钙瞬变（jCaTs）由兴奋性突触电位期间钙内...
Real-time in vivo mitochondrial redox assessment confirms enhanced mitochondrial reactive oxygen species in diabetic nephropathy.
线粒体活性氧（mtROS）增加常被认为参与糖尿病肾病等微血管并发症，但其在体内的作用仍有争议。本研究利用双光子成像和遗传编码氧化还原生物传感器，实时监测糖尿病模型小鼠肾脏的线粒体氧化还原状态。作者将氧化还原敏感绿色荧光蛋白（roGFP）通过线粒体靶向序列特异性表达于线粒体基质，并与db/db糖尿病小鼠杂交，构建db/dbmt-roG...
Intravital microscopy of biosensor activities and intrinsic metabolic states.
体内显微镜（IVM）是一种可在活体动物组织中实时检测亚细胞信号或代谢事件的成像工具。然而，在高散射生物组织中成像时，激发光与发射光随深度增加而衰减，深度依赖性信号衰减是 IVM 的主要限制，使定量测量变得困难。因此，IVM 定量分析需要采用内部校准探针，或采用不同于强度测量的信号评估方式。本文描述了如何利用基因编码生物传感器探针的比...
Calcium dynamics change in degenerating cone photoreceptors.
锥体感光细胞对高分辨率昼视和色觉至关重要，遗传性视网膜疾病中锥体丢失严重影响视觉，但锥体死亡机制不清。既往研究提示钙稳态缺陷在感光细胞退行中起核心作用，但缺乏哺乳动物退行锥体中钙的生理测量。本研究利用 HR2.1:TN-XL 转基因小鼠，该品系在锥体中特异性表达遗传编码钙生物传感器 TN-XL，并与原发性锥体退行模型 cpfl1 和...
Real-Time Analysis of Calcium Signals during the Early Phase of T Cell Activation Using a Genetically Encoded Calcium Biosensor.
T细胞激活依赖于T细胞受体下游持续钙信号，但抗原呈递细胞刺激后体内钙流动力学仍不清楚。既往基于T细胞运动的研究提示，淋巴结中初始T细胞激活分为两个阶段：阶段I为与树突状细胞多次短暂接触，阶段II为稳定聚集。虽然推测阶段I存在信号，但从未直接证明。由于钙染料随时间流失限制长期活体成像，作者构建了表达改良Cameleon荧光共振能量转移...
Imaging Ca2+ dynamics in cone photoreceptor axon terminals of the mouse retina.
视网膜锥体光感受器负责昼视和色觉，其退行性病变常导致多种视网膜疾病致盲。钙离子是光感受器信号转导与代谢中的关键第二信使，并被认为与光感受器退行性变间接相关。然而，系统研究锥体生理与病理生理受到小鼠中锥体数量少、电生理记录困难等限制。为此，作者建立了一种双光子钙成像方案，使用转基因小鼠 HR2.1:TN-XL，在人红视蛋白启动子 HR...
Excitatory synaptic inputs to mouse on-off direction-selective retinal ganglion cells lack direction tuning.
方向选择性是视觉计算的基本功能。哺乳动物视网膜On-Off方向选择性神经节细胞（DSGCs）对偏好方向运动反应强，对零方向反应弱。既往电生理提出三种方向选择性突触机制：零方向时星状amacrine细胞（SACs）的方向选择性GABA释放，以及偏好方向时SACs和双极细胞的乙酰胆碱与谷氨酸释放；但后两者证据不一致。本研究在小鼠视网膜全...