Presenilin（PS）/γ-secretase 通过蛋白酶解加工 APP 和 Notch 等跨膜蛋白，在多种细胞事件中发挥关键作用，但其活性如何被其他分子和细胞因素时空调控，以及活细胞中活性变化如何影响信号通路仍不清楚。为实时多重成像 PS/γ-secretase 活性及其他细胞事件，作者开发了一种近红外（NIR）FRET 生...
荧光蛋白常作为融合标签用于在体内检测蛋白表达，但其荧光产生依赖生色团成熟，半衰期为5至>30分钟，导致实时检测延迟。本文报道一种基因编码荧光生物传感器STEP（瞬时表达蛋白传感器），用于在活细菌中数秒内检测蛋白表达。该传感器基于一个已完全成熟但荧光较弱的绿色荧光蛋白，其N端融合Bim肽；当目标蛋白携带STEPtag标签并与Bim特异...
柠檬酸是三羧酸循环的关键中间代谢物，也参与炎症、癌症、胰岛素分泌等多种生理与病理过程。为在活细胞中实时监测其胞质与线粒体浓度，作者开发了一系列高性能遗传编码柠檬酸荧光生物传感器。设计以柠檬酸响应传感器组氨酸激酶 CitA 的周质结合域 CitAP 结构为基础，利用其结合柠檬酸后由结合域向催化域传递的构象变化，将 CitAP 插入循环...
本文报道了一种喹啉基半花菁荧光探针 6MIM 的合成及其用于选择性检测谷胱甘肽（GSH）的方法。6MIM 通过 6-甲氧基-2-氯-3-甲酰基喹啉与 2-苯并噻唑鎓碘化物在乙醇中缩合制得，具有强分子内电荷转移（ICT）特性。光谱研究表明，该探针在多种氨基酸和生物硫醇存在下仍能选择性识别 GSH，荧光法检出限为 100 nM。其关闭型...
mTOR 信号是细胞感知营养、生长因子和能量状态的关键通路。本文报道了一种高灵敏度的基因编码生物发光共振能量转移（BRET）生物传感器 AIMTOR，用于在活细胞中实时监测 mTORC1 活性。该传感器由 YPET 荧光受体、ULK1 衍生 T757 磷酸化底物肽、WW 结构域和 NanoLuc 生物发光供体组成，mTORC1 磷酸...
本文通过在多种鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）共有的结构铰链区插入荧光蛋白对，构建了用于检测 Dbl 家族 RhoGEF 活性的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器。荧光生物传感器可映射信号分子在活细胞中的时空激活，但此前难以量化不同激活事件如何相互影响或贡献特定细胞行为。作者将 GEF 生物传感器与红移 Rho GTPase 生物...
CDK5在神经功能中起重要作用，并在神经退行性疾病以及胶质母细胞瘤和神经母细胞瘤中过度激活。尽管该激酶是公认的生物标志物和药物靶点，但目前缺乏在细胞裂解液或活细胞中探测其活性的手段。为此，作者基于CDK5特异性底物文库设计了一种CDK5激酶活性荧光肽报告分子，并证实其对重组CDK5/p25具有响应能力；在胶质母细胞瘤细胞裂解液中，该...
随着化学生物学发展，基于荧光团的诊断工具可通过共价结合靶向特定生物分子，生物正交反应在肿瘤早期诊断与治疗中应用广泛。本研究设计了一种小分子荧光生物传感器2-肼基-5-硝基苯酚（2Hzin5NP），它在中性pH下与生物分子的羰基发生快速生物正交反应，生成稳定的荧光腙产物，从而用于多种癌细胞系中生物分子羰基化的检测。该探针本身几乎无荧光...
板状伪足是富含F-肌动蛋白的细胞周边结构，可感知微环境。Fascin是F-肌动蛋白束化蛋白，对稳定伪足、支持黏附与迁移至关重要，并在多种人类癌症中上调，与侵袭行为和差预后相关。既往研究表明Fascin磷酸化可调控F-肌动蛋白束化及亚细胞定位，但其在伪足内动态变化的调控因素仍不清楚。本研究利用活细胞成像技术和一种Fascin构象生物传...
既往多种 Src 家族激酶生物传感器研究显示，细胞核内激酶活性明显低于胞质，提示核与胞质存在不同调控。本研究以 Fyn 为例，构建了带光诱导核定位信号的 Fyn FRET 生物传感器，证明 Fyn 激酶活性在核内显著低于胞质。为进一步理解 Fyn 与其磷酸酶在胞质和核内不同平衡状态的维持机制，作者又构建了融合光诱导核定位信号的 Fy...
第二信使信号网络使细胞感知并适应环境变化。细菌中普遍存在的第二信使环二鸟苷酸（c-di-GMP）协调运动、生物膜形成和毒力等过程。在病原体中，这些网络帮助细菌适应宿主感染过程中的环境变化。尽管已有研究考察 c-di-GMP 水平对毒力的影响，但尚无法在宿主感染各阶段实时可视化 c-di-GMP。为此，作者构建了首个选择性响应 c-d...
ATP是细胞能量代谢的核心代谢物，也是细胞内信号分子，其浓度变化与细胞功能、活力和命运密切相关。本文介绍两种基于遗传编码生物传感器的活细胞ATP检测方法：萤火虫荧光素酶生物发光法和ATeam FRET荧光生物传感器。前者利用线粒体靶向萤火虫荧光素酶（mtLuc）在细胞内催化荧光素（luciferin）、ATP和O2反应，生成激发态o...
小分子是分子生物学、环境、医学和食品工业中的关键检测对象，但因其识别困难，尤其在细胞或动物体内等复杂样品中难以定量。石墨烯/适配体探针凭借高选择性、高灵敏度、低成本以及可用于活细胞或动物体内探测的潜力，为小分子定量提供了新途径。本文综述了石墨烯/适配体探针用于小分子检测的研究进展，重点介绍其设计与开发，以及基于荧光、电化学、比色、化...
核酸不仅是遗传信息的载体，也被视为分子识别与信号转导/放大的理想材料，可用于构建类似电子逻辑器件的可编程人工反应网络或电路。在众多基于DNA的反应网络中，催化发夹组装（CHA）、杂交链反应（HCR）和DNAzyme是典型的高稳健、高效无酶放大方法。通过多层级联整合，这些方法可形成自主DNA电路，用于构建不同催化DNA纳米结构，并再生...
次氯酸（HOCl）是最具反应性和危害性的活性氧（ROS）之一，在多种病理和生理过程中发挥重要作用。然而，由于 HOCl 高度反应性和易扩散，其失控产生可能对宿主生理造成不利影响。鉴于其生物学重要性，许多研究致力于开发选择性荧光探针以成像 HOCl，但设计对 HOCl 具有专一选择性的荧光探针仍具挑战。本研究基于 1,8-萘酰亚胺合理...
酵母是研究真核细胞代谢与生物能学的优良模型。ATP 是几乎所有生物必需的核心代谢物，既是细胞能量货币，也参与信号转导和蛋白磷酸化。因此，在活酵母细胞中清晰解析 ATP 的时空动态，对理解细胞能量代谢具有重要意义。然而，现有 ATP 测量方法，包括生化分析和各类 ATP 指示剂，均难以在单细胞水平对酵母细胞内 ATP 浓度进行精细、实...
纳米尺度金属有机层（nMOLs）是纳米金属有机框架（nMOFs）的单层版本，属于高度可调的二维材料，便于层级功能化并易于分析物接近。本文报道了首个基于 nMOL 的生物传感器，用于线粒体中比率式 pH 和氧传感。阳离子 Hf12-Ru nMOL 通过溶剂热法合成，由 Hf12 次级构建单元（SBU）与氧敏感的 Ru(bpy)3^2+...
基因编码荧光生物传感器能够在复杂细胞环境中原位监测生化过程，具有易于导入细胞、组织和生物体并支持长期成像的优势。RNA 模拟绿色荧光蛋白（RNA mimics of GFP）是由 RNA 适配体与小分子荧光团形成的复合物，其荧光亮度可与荧光蛋白相当；荧光团在未结合特定 RNA 时不发光。本研究设计并开发了一种基于 RNA mimic...
光片显微镜（LLSM）因降低光漂白并具备出色的三维时空分辨率而具有重要价值。利用 LLSM 对活细胞中的生物传感器成像，可前所未有地可视化蛋白质构象或翻译后修饰的快速局部变化。然而，LLSM 生物传感器成像所需的计算处理对许多软件包具有挑战性：即使简单旋转细胞渲染或测试用户可选参数，也需要处理大量数据；光片成像在阈值分割和比值成像方...
蛋白激酶信号网络严格调控细胞增殖、迁移和存活等过程，也是癌症发生与进展的核心。能够直接在活细胞中揭示激酶信号时空动态的遗传编码荧光生物传感器，正越来越多地用于研究癌细胞和肿瘤组织切片中的激酶信号。这些传感器可在原位可视化生物过程，保留天然生物学背景，并提供细胞内定位与动态的详细信息。本文首先综述激酶活性生物传感器的常见设计策略，包括...