小鼠心肌细胞中表达钙/钙调蛋白调控的环核苷酸磷酸二酯酶1（PDE1）的 PDE1A 和 PDE1C 两个亚家族；PDE1C 是人心中主要亚家族，可水解 cAMP 和 cGMP。此前报道 PDE1 抑制剂 ITI-214 在心力衰竭患者中产生正性肌力作用，主要归因于 cAMP/PKA 信号，但 PDE1 对心脏 cGMP 的调控尚未直...
心肌细胞同步收缩与兴奋-收缩耦联紧密相关，钙处理失调可损害心功能并导致心肌病和心衰。本文介绍一种基于强度型荧光生物传感器 RGECO-TnT 的方法与分析技术，用于研究肌丝定位的钙信号。扩张型心肌病（DCM）以左心室扩张和收缩功能下降为特征。作者展示该传感器可用于表征健康对照及两名 DCM 患者来源的二维 hiPSC-CM 单层，比...
3′,5′-环腺苷酸单磷酸（cAMP）是广泛存在的第二信使，在心脏功能与疾病中发挥关键作用。成年小鼠心室肌细胞（AMVMs）中存在多个功能相关的膜微域，其cAMP信号被严格区室化。至少有两类微域位于AMVM质膜：一类与富含caveolin的脂筏相关，另一类位于非脂筏肌膜，二者具有不同的cAMP动态，并受不同受体和磷酸二酯酶（PDE）...
过去十年已设计多种基于荧光共振能量转移（FRET）的细胞内环核苷酸检测生物传感器，但可用于环磷酸鸟苷（cGMP）的传感器较少，能检测低纳摩尔 cGMP 的更少。本研究旨在开发对 cGMP 具有高亲和力的 FRET 型 cGMP 生物传感器，作为细胞内信号研究工具。作者以恶性疟原虫 cGMP 依赖性蛋白激酶（PfPKG）羧基端环核苷酸...
线粒体通过内共生起源，是细胞能量代谢的核心细胞器。谷胱甘肽（GSH）是细胞及线粒体基质、膜间隙中主要的硫醇-二硫键氧化还原缓冲体系。作者此前建立了心肌细胞特异性 Grx1-roGFP2 谷胱甘肽氧化还原电位（EGSH）生物传感器小鼠，该探针靶向线粒体基质。利用该模型，在分离心肌细胞中观察到线粒体基质具有较还原的 EGSH（−278....
细胞间连接在多种组织中通过机械耦联细胞、介导细胞间信号并建立屏障而发挥关键作用，桥粒是其中重要组分。桥粒缺失或功能障碍可导致心脏心律失常和皮肤水疱等临床表型。由于心脏和皮肤承受较大机械应力，作者假设桥粒与黏附连接类似，也会承受显著拉伸载荷。为直接测量跨桥粒的机械力，作者利用已有 TSmod Förster 共振能量转移（FRET）力...
转基因小鼠在现代生物医学研究中具有重要作用，不仅可用于解析特定基因和蛋白功能，还可作为表达荧光生物传感器的工具，在活细胞中实时报告第二信使水平和生化过程。本章提供构建质粒载体并生成表达FRET生物传感器的转基因小鼠的详细方案。该传感器为基于Förster共振能量转移（FRET）的cAMP生物传感器Epac1-camps，由cAMP结...
小分子配体激活的G蛋白偶联受体通常被认为在反复或持续刺激后数分钟内通过受体磷酸化和内化迅速脱敏，这与许多长期细胞和生理反应相矛盾。本研究利用基于FRET的cAMP生物传感器进行活细胞成像，并结合心肌细胞收缩实验，发现儿茶酚胺激活的β1肾上腺素能受体（β1AR）在原代心肌细胞和神经元中持续刺激腺苷酸环化酶（AC）合成第二信使cAMP，...
3',5'-环磷酸鸟苷（cGMP）是调节心肌收缩力并保护心脏免于病理性肥厚的重要第二信使，但成体心肌细胞中 cGMP 浓度低且区室化，缺乏实时成像手段。本研究构建心肌细胞特异性表达高敏胞质 FRET 型 cGMP 生物传感器 red cGES-DE5 的转基因小鼠，并首次在完整成年小鼠心室肌细胞中完成 cGMP 的 FRET 测量。...
肌醇1,4,5-三磷酸（InsP3）信号在心肌细胞中的作用尚未完全阐明，但被认为与触发活动倾向增加有关。本研究旨在确定 InsP3 受体如何将 Ca2+ 释放转化为质膜去极化并导致心律失常样活动。作者采用胚胎干细胞来源心肌细胞（ESdCs）作为模型，因其自发电活动依赖 InsP3 介导的 Ca2+ 释放。利用 FRET 型 InsP...
一氧化氮（NO）和过氧化氢（H2O2）均在心肌细胞内合成，并参与心血管反应调控，但二者在心肌细胞信号中的相互关系尚不清楚。成年小鼠心肌细胞是研究活性氧与活性氮受体调控信号的重要模型，但培养存活时间短且蛋白量有限。本文利用化学传感器和生物传感器开展成年心肌细胞内 H2O2 与 NO 的活体成像研究，详细描述了适合成像的心肌细胞分离与培...
一氧化氮（NO）和过氧化氢（H2O2）均在心肌细胞内合成，并参与心血管信号调节。心肌细胞同时表达内皮型一氧化氮合酶（eNOS）和神经型一氧化氮合酶（nNOS），但两种酶在心肌信号中的差异作用以及活性氧与活性氮物种之间的互作仍不清楚。作者利用新开发的 NO 化学传感器 Cu2(FL2E) 检测野生型、eNOS 敲除和 nNOS 敲除小...
钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）是心脏细胞内信号转导的关键介质，但现有工具难以在活心肌细胞中动态评估其定位与激活状态。本研究采用新型荧光共振能量转移（FRET）生物传感器 Camui，其全长 CaMKII 两端分别融合 CFP 和 YFP，用于在兔心室肌细胞中测量 CaMKII 激活状态。结果显示，Camui 及其缺失...
第二信使cAMP依赖性蛋白激酶A（PKA）在多种细胞和生理反应中发挥重要作用。在心肌细胞肌浆网（SR）上，PKA调控兴奋–收缩耦联中的钙循环，其功能异常与心力衰竭等多种心脏病相关。本研究开发了一种新型基于荧光共振能量转移（FRET）的A激酶活性生物传感器SR-AKAR3，用于直接可视化SR上的PKA动态。肾上腺素能受体激活可诱导SR...
心肌细胞中部分受体激活可通过刺激cAMP产生调节蛋白激酶A（PKA）依赖反应，且cAMP产生可能局限于离散胞内区室。作者此前建立区室化cAMP信号计算模型，可重现β1肾上腺素能和M2毒蕈碱受体介导的cAMP变化发生在与PKA信号相关的微区室，但模型提示细胞大部分胞质cAMP浓度可能高于PKA信号区室。本研究使用由Epac2-camp...