mRNA 周转在转录后基因表达调控中起重要作用，但单细胞内 mRNA 周转的时空动态仍缺乏基本理解。为克服这一限制，作者开发了 TREAT 生物传感器，利用单 RNA 成像区分完整报告转录本和稳定的降解中间体。本文提出一套图像分析流程，用于半自动检测和追踪单个 mRNA 颗粒。该流程首先对齐双通道图像序列，生成细胞质感兴趣区域，然后...
肝癌是全球癌症相关死亡的第二大原因，常伴随多种基因异常表达。其中，p53 和 p21 基因在肝癌发生发展中发挥重要作用，因此实时监测二者 mRNA 水平对早期诊断和阐明肝癌分子机制具有重要意义。本文利用还原氧化石墨烯纳米片（rGONS）辅助荧光探针，构建了一种可原位、实时监测 p53 和 p21 mRNA 水平的功能纳米系统。与传统...
本文提出一种点击型蛋白-DNA偶联反应，命名为MnDDC（Mn2+激活的DCV-DNA偶联）。该反应以鸭环状病毒复制起始蛋白截短片段DCV及其靶DNA为模块化元件，在Mn2+依赖下快速、高效、位点特异性地形成蛋白-DNA共价连接。基于MnDDC，作者构建了由DCV和分子信标组成的荧光Mn2+生物传感器，可在2 min内以纳摩尔灵敏度...
Lck在T细胞受体（TCR）信号中起关键作用。作者开发了一种新型高灵敏FRET生物传感器ZapLck，用于在活细胞中以高时空分辨率可视化Lck激酶活性。ZapLck显示，T细胞中约62%的Lck信号处于预激活状态。在Lck缺陷的JCam T细胞中，Lck预激活消失；用野生型Lck（LckWT）回补可将其恢复至51%，而推测失活的突变...
活细胞荧光显微镜广泛用于研究受体介导的细胞信号动态，但可用的胞内生物传感器有限。基于磷脂酶C-γ1（PLCγ1）串联SH2域的tSH2-WT曾被用于检测表皮生长因子受体（EGFR）磷酸化。本文发现tSH2-WT对磷酸化EGFR缺乏特异性，且其EGF刺激的膜募集动力学与EGFR磷酸化预期不一致。数学模型和实验表明，tSH2-WT的高亲...
活细胞利用复杂且高度动态的信号网络和转录回路维持稳态，并响应不断变化的环境。这些网络使细胞能够严格控制离子、代谢物、蛋白质及其他生物大分子的胞内浓度，并在能量需求与生长所需分解代谢之间保持平衡。由于这些网络相互关联，且细胞系统对外部环境极为敏感，阐明遗传和药理扰动的分子机制仍具挑战性。活细胞成像结合遗传编码荧光生物传感器，为在细胞、...
硫化氢（H2S）是继一氧化氮和一氧化碳之后的重要气体信号分子，参与血管张力、炎症、胰岛素分泌和神经调节等过程，但其失调与多种疾病相关。传统色谱、比色和电化学方法难以实现实时、无创检测。基于遗传密码扩展将 p-叠氮苯丙氨酸（pAzF）引入荧光蛋白，可构建基因编码的 H2S 荧光探针，但已有探针多为强度型，易受表达量、激发强度和光漂白影...
小分子代谢物通过信号通路调控多种细胞过程，但常以低浓度存在，使其信号网络研究困难。本文预览了 You 等提出的 RNA 整合器（RNA integrators），一种模块化、纯 RNA 编码的荧光生物传感器，用于在活细胞中实时测量低丰度代谢物。传统蛋白 FRET 传感器受限于特异性结合域开发，核糖开关受限于荧光蛋白翻译成熟时间，Sp...
环境敏感荧光染料可用于研究活细胞中蛋白活性的时空动态；当连接至蛋白时，其荧光可反映蛋白构象变化、翻译后修饰或蛋白相互作用。然而，此类染料–蛋白偶联物难以载入细胞，通常需电穿孔、显微注射或膜转导肽，这些方法会扰动细胞生理、限制通量或产生荧光囊泡。本文通过改造已验证的环境敏感生物传感器荧光团，使其能够穿过细胞膜而不染色细胞内区室，并可通...
microRNA（miRNA）在细胞增殖、分化和凋亡中发挥重要作用，是癌症潜在生物标志物，其准确灵敏检测对癌症诊断与治疗具有重要意义。本文设计了一种 MnO2 纳米片介导的比率荧光生物传感器，用于活细胞中 miRNA 的检测与成像。该传感器以 MnO2 纳米片作为 DNA 载体，负载 FAM 标记发夹 H1（识别探针）和 TAMRA...
细胞内氧化还原状态的变化是多种代谢反应的结果，并同步调控细胞生理过程，因此监测活细胞氧化还原状态对理解细胞生理至关重要。目前已开发多种基因编码荧光氧化还原传感器。此前作者开发了氧化敏感荧光蛋白 Oba-Q，其在氧化条件下发生显著荧光猝灭。为扩展氧化还原传感器蛋白的应用范围，本研究基于 Oba-Q 的分子架构进行优化，成功制备了基于 ...
自基于绿色荧光蛋白（GFP）和Förster共振能量转移（FRET）原理的首个钙指示剂问世以来，已过去二十年。在此期间，研究者提出许多新想法以改进遗传编码FRET生物传感器，使其检测对象从小分子扩展到信号蛋白和理化性质。虽然“遗传编码”FRET生物传感器的优势在多种细胞系建立和若干转基因生物产生后变得明显，但通往这些发展的道路并不一...
三磷酸腺苷（ATP）是所有生物体必需的主要代谢物，但对其在细胞群体中的异质性和单个活细胞中的动态变化了解有限。本研究优化了ATP生物传感器QUEEN，并在活酿酒酵母和裂殖酵母中以良好的时空分辨率监测ATP动态。结果显示，野生型酵母中ATP浓度在不同碳源和细胞周期阶段均保持稳定，提示存在维持ATP于特定浓度的机制。此外，ATP浓度并不...
了解工作细胞中的蛋白质信号通路是开发靶向药物的重要途径。近年 mTOR 通路因在多种疾病治疗中的重要性而备受关注。本研究聚焦 mTORC1 下游磷酸化底物 S6 激酶 1（S6K1），并鉴定其与 mTORC1 的空间邻近关系。当 S6K1 与 raptor 共表达时，S6K1 由细胞核向细胞质转位。作者开发了一种新型生物传感器，实时...
磷脂酰肌醇（PI）是内质网（ER）合成的含肌醇磷脂，是质膜（PM）中磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸（PI(4,5)P2）的前体脂质，对细胞响应胞外刺激的 Ca2+ 信号至关重要。因此，在受体刺激期间，ER 到 PM 的 PI 转运对维持 PI(4,5)P2 稳态必不可少。本章介绍两种活细胞成像协议，用于分析 ER-PM 连接处 ER 到...
细胞外调节激酶（ERK）是EGFR-RAS-RAF信号通路的关键下游效应分子，其活性与细胞生长、增殖和迁移密切相关。基于荧光蛋白的生物传感器使研究者能够在活细胞中实时测量ERK活性，既包括生长因子刺激后的激活，也包括无刺激状态下的自发动态。长期成像意外发现，上皮片层或囊泡中ERK呈振荡性激活。表达ERK生物传感器的转基因小鼠研究进一...
磷脂酶Cβ（PLCβ）诱导的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PI(4,5)P2）耗竭将多种信号转导为细胞反应。由于PI(4,5)P2依赖过程的重要性与多样性，活细胞实验亟需可监测生理性PI(4,5)P2动态的生物传感器。膜PI(4,5)P2可用荧光标记的磷脂酰肌醇结合域监测，其膜结合程度取决于PI(4,5)P2水平。PLCδ1-PH和t...
EphA4 受体酪氨酸激酶在发育、癌症进展和神经疾病中发挥关键作用，但其激酶活性在时间和空间上的调控机制仍不清楚。为可视化细胞质膜不同微区中的 EphA4 活性，作者开发了一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的高灵敏 EphA4 生物传感器，并通过脂质修饰将其靶向至脂筏样微区内部或外部。结果表明，该传感器在体外和活细胞...
Ⅰ类磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信号在动物生长与代谢中起核心作用，其异常与癌症和糖尿病相关。然而，其次要脂质信使磷脂酰肌醇(3,4)二磷酸（PI(3,4)P2）的时空动态与信号功能仍不清楚，主要缺乏研究该稀缺脂质的工具。本研究开发了一种高灵敏度遗传编码 PI(3,4)P2 生物传感器，并证明该传感器对目标脂质具有高度选择性和特异性...
Fyn 激酶在血液系统和 T 细胞信号转导中发挥关键作用，但目前缺乏在活细胞中直接可视化其动态活性的工具。本研究开发并表征了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的高灵敏 Fyn 激酶生物传感器，用于在活细胞中监测 Fyn 活性。结果显示，配体结合可在小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）和 T 细胞中诱导 Fyn 激酶活性。进一步引入两种不同...