本文提出一种用于活细胞单颗粒追踪中研究单个蛋白构象的“binder/tag”生物传感器策略。该方法将一段7个氨基酸的短肽（tag）插入目标蛋白，使其溶剂暴露程度受蛋白构象控制；只有当蛋白处于激活或开放构象时，短肽暴露并特异性结合报告蛋白（binder）。因此，仅需直接激发明亮荧光团并观察其定位，即可反映蛋白构象，无需依赖较暗的FRE...
多光谱活细胞成像可利用光谱不同的生物传感器在空间和时间维度同时检测生物过程，但不同荧光生物传感器的灵敏度、动态范围等差异可能影响同一分析物在不同亚细胞区室中的准确共成像。本研究建立了一种单色多参数成像方法，利用 H2O2 生物传感器 HyPer7 同时检测细胞核、胞质和线粒体中的过氧化氢。通过共培养稳定表达不同靶向 HyPer7 的...
离子特异性探针和荧光指示剂在阐明离子信号（尤其是钙、质子和阴离子）在植物发育中的作用中至关重要，为监测细胞内离子动态的时空变化提供了可靠方法。质子/pH 整合到信号机制中尤其重要，但要在单细胞水平获得高时空分辨率的定量估计仍是重大挑战。本文详述了在拟南芥（Arabidopsis thaliana）花粉管中表达遗传编码 pH 敏感报告...
microRNA-205（miRNA-205）是鼻咽癌（NPC）放疗抵抗的预测性生物标志物，其定量检测对制定个体化治疗策略具有重要意义。本研究基于氧化石墨烯（GO）荧光猝灭平台和杂交链反应（HCR）信号放大策略，建立了一种高灵敏、高选择性检测miRNA-205的荧光生物传感器。该体系采用目标循环机制，单个miRNA-205分子可触发...
α-酮戊二酸（α-KG，又称 2-氧代戊二酸/2-OG）是三羧酸循环中间代谢物，也是谷氨酸脱氨产物，并为包括 TET DNA 去甲基化酶和 JMJD 组蛋白去甲基化酶在内的 2-OG 依赖性加氧酶提供必需辅因子。由于这些表观遗传酶作用于细胞核内基因组 DNA 和组蛋白，核内 α-KG 浓度可能通过调节酶活性影响转录水平。本文报道一种...
近年来，活细胞中蛋白错误折叠与聚集的多步过程监测工具不断发展，该过程与阿尔茨海默病、帕金森病等多种人类疾病密切相关。本文综述了近期可用于检测蛋白聚集的方法进展：一方面，基于质谱的蛋白组学方法可在细胞裂解液或全细胞环境中评估蛋白构象与稳定性变化，如有限蛋白水解-质谱（LiP-MS）和基于氧化速率的蛋白稳定性（SPROX）；另一方面，基...
基于DNA马达（尤其是DNA walker）的生物传感概念因信号放大能力强、构建灵活，已成为细胞内检测的有力荧光成像工具。然而，现有方法可控性差、易产生假信号，且因常用DNAzyme而需外源供能。为此，本文提出光控与自供能策略：在金纳米颗粒（AuNP）表面引入光裂解模式，使DNA walker具有光控行走行为，可经外部紫外光选择性激...
L-2-羟基戊二酸（L-2-HG）参与碳饥饿响应、肿瘤发生和缺氧适应等多种生理过程，但尚无特异性识别L-2-HG的调控因子。本研究基于细菌基因组邻近分析，在Pseudomonas putida W619中鉴定到LhgO编码基因上游的GntR家族转录调控因子LhgR。LhgR可结合并抑制lhgO启动子转录，而L-2-HG作为其特异性效...
细胞周期与纤毛周期通过中心粒在纤毛基体和有丝分裂中心体中的双重功能紧密偶联，但纤毛组装与去纤毛如何与细胞周期进程协调，以及纤毛长度和远端尖端脱落频率如何随细胞周期阶段变化，在许多细胞类型和发育过程中仍不清楚。为此，作者开发了Arl13bCerulean-Fucci2a三顺反子纤毛与细胞周期生物传感器。该报告系统无需外部刺激，即可在群...
CD147参与多种生理过程，并在肿瘤转移中发挥重要作用，其糖基化状态决定多种生物学功能。目前几乎没有可用于活细胞中检测CD147糖基化的传感器，因此迫切需要开发选择性、连续性的细胞成像生物传感器。基因编码荧光共振能量转移（FRET）传感器为分析提供了新途径。作者设计并构建了新型基因编码FRET蛋白，通过测量两个分子间基序的FRET比...
放射治疗（RT）已作为肿瘤杀伤手段应用逾百年，美国每年约47万患者接受治疗。电离辐射可诱导DNA断裂和表观遗传重塑，但具体机制仍不清楚，亟需深入理解以提高肿瘤杀伤并降低正常组织损伤。DNA双链断裂修复受染色质结构、组蛋白翻译后修饰及染色质相关蛋白调控，因此组蛋白修饰酶可影响细胞放射敏感性。例如，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂通过...
全球新冠疫情暴发及严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）快速传播对人类健康构成重大威胁。人源血管紧张素转换酶2（hACE2）与SARS-CoV-2刺突糖蛋白受体结合域（RBD）的结合是启动感染的关键机制。尽管该蛋白相互作用十分重要，但目前仍缺乏在细胞水平观察其活性的检测方法。本文开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET...
过氧亚硝酸盐（peroxynitrite, ONOO−）是一种活性氮物种，在信号转导、应激反应及多种人类疾病中发挥关键作用。为理解其病理生理功能，需要选择性、灵敏且无创的检测工具。本文报道了 pnGFP-Ultra，一种高性能、反应型、基因可编码荧光生物传感器，用于活细胞中过氧亚硝酸盐的成像。该传感器以 p-硼苯丙氨酸（pBoF）修...
人巨细胞病毒（HCMV）可在健康个体中引起持续无症状感染，并对新生儿、免疫缺陷者和器官移植受者构成潜在威胁，因此早期准确诊断 HCMV 感染对阻断隐匿传播和重症进展至关重要。现有诊断主要依赖血清学、抗原检测和基于 PCR 的核酸检测；血清学检测抗体属于间接方法，而抗原和病毒核酸检测虽可直接检测病毒，但步骤繁琐复杂。本文提出一种简单便...
基于荧光蛋白（FP）的遗传编码生物传感器能够在活细胞和活体中实时监测分子动力学，对理解复杂细胞过程的正常功能与调控至关重要。根据待监测分子事件类型，需采用不同传感策略以优化 FP 生物传感器设计。本文综述了基于 FP 的遗传编码生物传感器及其多种策略，包括荧光蛋白转位、荧光共振能量转移（FRET）、二聚化依赖型荧光蛋白（ddFP）、...
G蛋白偶联受体（GPCR）在质膜上被胞外信号激活，随后内化并脱敏；但部分GPCR内化后仍保持活性。以β2肾上腺素能受体2（B2AR）为例，其内体运输过程可持续数小时，然而该过程中B2AR活性的时空特征尚未阐明。本研究利用基于荧光共振能量转移（FRET）的B2AR生物传感器，以及靶向不同内体运输阶段的cAMP报告蛋白，在单个囊泡水平实...
DNA甲基化是哺乳动物最主要的表观遗传修饰，通过转录后调控基因表达参与胚胎发育、基因组印记、细胞分化和X染色体失活等基本过程。异常的DNA甲基化与肺癌、肝癌、乳腺癌等多种疾病密切相关，因此准确、灵敏地检测DNA甲基化对表观遗传研究和疾病诊断具有重要意义。近年来，研究者开发了多种新型生物传感器用于高灵敏检测DNA甲基化，但尚缺乏对体外...
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...
线粒体氧化还原状态是反映线粒体功能状态的重要指标，线粒体也是细胞内源性活性氧（ROS）的主要来源，因此其氧化还原状态还可反映 ROS 产生功能。本文提供在出芽酵母中利用活细胞成像与定量分析线粒体氧化还原状态和线粒体 ROS 的逐步实验方案。方案采用遗传编码荧光生物传感器线粒体靶向氧化还原敏感绿色荧光蛋白（mito-roGFP）检测线...
本文报道了一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的活细胞成像方法，用于监测大麻素 CB2 受体介导的环磷酸腺苷（cAMP）动态。CB2 受体主要通过抑制腺苷酸环化酶发挥 G 蛋白偶联信号功能，但单细胞水平上激动剂依赖的 cAMP 动态监测仍缺乏。作者建立了稳定共表达人源 CB2 受体和 FRET cAMP 生物传感器 E...