溶酶体pH稳态对细胞生理功能至关重要，开发用于溶酶体成像和比率pH测量的小型荧光纳米传感器具有重要需求但颇具挑战。本文利用pH敏感荧光素（FAM）标记的AS1411适配体，通过交联剂Sulfo-SMCC共价修饰无标记荧光硅纳米点（SiNDs），构建了一种比率型pH生物传感器。该适配体传感器具有超小尺寸、低毒性、良好的pH可逆性和光稳...
FRET（Förster 共振能量转移）显微镜是分子生物学与医学研究中用于实时监测和定量蛋白质-蛋白质相互作用及生化过程的重要工具。该技术可在完整细胞、组织乃至亚细胞区室中研究多种新型信号转导机制。典型单分子荧光生物传感器由目标分子结合域和分别位于两侧的供体与受体荧光蛋白组成；供体在单波长光激发下发射能量，可部分转移至邻近受体，使受...
基于 Förster 共振能量转移（FRET）的遗传编码生物传感器是活细胞成像的重要工具。作者团队此前开发了名为 ATeam 的 FRET 型 ATP 指示剂，用于在单个活细胞内可视化 ATP 水平，并进一步实现线粒体基质中 ATP 的实时监测。ATeam 由供体荧光蛋白、ATP 感应域和受体荧光蛋白组成，ATP 结合诱导感应域构象...
本文构建了一种基于谷胱甘肽（GSH）修饰的锰掺杂硫化锌量子点（QDs@GSH）向氧化石墨烯（GO）发生荧光共振能量转移（FRET）的荧光开启型生物传感器，用于检测活细胞和人尿液中的谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）。QDs@GSH通过表面GSH与GO之间的氢键吸附在GO表面，导致QDs荧光被猝灭，FRET效率为86.3%。加入GSTs后...
基于荧光蛋白变体间 Förster 共振能量转移（FRET）的荧光生物传感器探针，被广泛用于监测多种生物现象，通常通过配体诱导受体结构域结合来检测目标分子。抗体是各种生物分子特异性识别元件的重要来源，但其潜力尚未被充分开发。本研究构建了一种由荧光蛋白融合抗体可变区片段组成的 FRET 探针，用于检测骨代谢标志物骨钙素（BGP）。该探...
光学传感器是活细胞研究的重要工具，可实时追踪脂质、离子和酶等关键细胞组分的定位、浓度变化或活性。现有探针大多基于荧光，在高端显微镜支持下可提供高空间与时间精度，但要求事件时间尺度与传感器响应时间匹配。过去20年发展出的许多传感器为遗传编码型，其设计多样，应用从简单到复杂。遗传编码传感器在荧光蛋白被发现、其光学性质被工程化改进以及通过...
本文报道了一种基于上转换@聚多巴胺核壳纳米颗粒（UCNP@PDA NP）的适配体生物传感器，用于活细胞内细胞色素c（Cyt c）的定量检测与成像。该传感器由 UCNP@PDA NP 和 Cy3 标记 Cyt c 适配体组成；UCNP@PDA NP 作为内部参考和荧光猝灭剂，Cy3 适配体实现比率定量。Cy3 适配体与颗粒表面氨基终止...
机制性雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可响应生长因子、氨基酸、应激和能量状态等多种信号，并协调细胞生长与增殖。目前，这些刺激调控 mTORC1 活性的分子机制尚未完全阐明，而 mTORC1 信号的空间区室化被认为是实现信号特异性和效率的重要机制。为在活细胞中检测 mTORC1 活性的空间...
本研究针对分子内荧光共振能量转移（FRET）生物传感器，提出了两种新的 FRET 成像度量：线性正比（LP）度量和高对比（HC）度量。二者均可由供体与受体荧光强度的加权和之比简便计算，可作为传统比率度量的替代。传统比率度量与活性分子分数之间呈非线性关系；LP 度量则与活性分子分数线性正比，能够天然解混供体-受体光谱串扰（bleed-...
朗格汉斯岛含多种内分泌细胞，对葡萄糖稳态至关重要。β细胞和α细胞分别分泌胰岛素和胰高血糖素，数量最多；分泌生长抑素的δ细胞和分泌胰多肽的PP细胞较少。由于难以区分不同细胞类型，尤其是活细胞成像中免疫染色不适用，胰岛细胞功能研究受限。本研究构建了一套细胞类型特异性启动子控制的荧光蛋白表达载体，并评价其在功能胰岛成像中的适用性。作者构建...
鸟嘌呤核苷酸解离抑制因子（GDI）是 Rho 家族 GTP 酶的重要负调控蛋白，可将 GTP 酶隔离在细胞膜外。本文研究 GDI–Cdc42 相互作用如何调控细胞运动中的局部 Cdc42 激活。由于细胞对 Rho 家族通路组分过表达敏感，作者开发了新型生物传感器 GDI.Cdc42 FLARE：在 Cdc42 上引入荧光共振能量转移...
氧是需氧生物代谢和能量产生的关键物质，而脯氨酰羟化酶结构域酶（PHDs）对缺氧诱导因子（HIF）-1α 的氧依赖性羟基化是控制氧调节基因表达的重要步骤，构成分子水平的氧感应与响应机制。本文报道一种遗传编码的双发射比率荧光传感器 ProCY，可在体外和活细胞中响应 PHD 活性。ProCY 将 HIF-1α 来源的含脯氨酸底物肽和 V...
尽管造血细胞特异性 Rac2 与经典亚型 Rac1 具有 92% 同源性，二者在免疫细胞中已被证明发挥非冗余功能。为研究活细胞中 Rac 的亚型特异性动态，作者开发了一种全基因编码、单链 FRET 型 Rac2 生物传感器，并对现有单链 Rac1 生物传感器进行了显著改进。作者优化了传感器构建体，使其易于在造血细胞中表达，并在 RA...
聚(ADP-核糖)聚合酶1（PARP1）是DNA修复、基因组稳定性和细胞存活的关键因子，也是癌症治疗的重要靶点。为深入理解PARP生物学及PARP1靶向抗癌化合物的作用机制，作者开发了一种在体外和活细胞中均有效的新型PARP1亲和试剂。该PARP1生物传感器基于PARP1特异性单域抗体片段（纳米抗体，约15 kDa），以纳摩尔亲和力...
本文报道了一种磷光/荧光双发射纳米金属有机框架（NMOF）R-UiO，用作活细胞内氧（O2）传感器。R-UiO含有Pt(II)-卟啉配体DBP-Pt作为O2敏感探针，以及罗丹明B异硫氰酸酯（RITC）配体作为O2不敏感参考探针，表现出良好结晶性、高稳定性和对O2分压的优异比率型发光响应。体外实验证实R-UiO可作为细胞内O2生物传感...
基于环境敏感荧光染料的生物传感器可用于在活体中报告内源蛋白活性。染料可连接至选择性结合目标蛋白特定构象的试剂，结合后引起荧光变化。适用于低浓度、非扰动细胞内检测的明亮染料通常只发生荧光强度变化，而非激发或发射峰位移，因此难以通过比率成像精确量化。本文报道了一种环境敏感染料 mero199，其激发峰随溶剂极性发生 33 nm 位移。利...
荧光探针是成像与分子生物学研究的重要工具。荧光激活蛋白（FAP）通常基于单链抗体片段（scFv），可激活游离时几乎不荧光的荧光素。本文报道了一类基于设计锚蛋白重复蛋白（DARPin）的新型荧光激活蛋白，称为FADA。作者通过核糖体展示筛选MG结合DARPin，并用酵母表面展示和流式分选对荧光激活能力进行定向成熟，获得FADA-321...
Förster 共振能量转移（FRET）已成为在单细胞中监测蛋白折叠、相互作用与定位的有力工具。基于 FRET 的生物传感器能够以高时间分辨率和空间分辨率实时可视化活细胞内的亚细胞信号事件。本文介绍一种基因编码胆汁酸传感器（BAS）的应用。该传感器由两个荧光蛋白融合到法尼醇 X 受体配体结合域（FXR-LBD）构成，可被多种胆汁酸及...
硝酸盐（NO3−）和亚硝酸盐（NO2−）是一氧化氮（NO）的生理来源，对 NO 稳态及心血管功能具有有益作用。为在活细胞中可视化 NO3−/NO2− 的动态变化，作者利用根瘤菌反硝化系统中 NO3−/NO2− 诱导的 NasST 复合物解离，构建了一种遗传编码的分子间荧光共振能量转移（FRET）指示剂 sNOOOpy。该指示剂由 C...
酸性磷脂是含量较低但对细胞信号至关重要的膜脂，主要包括磷脂酰肌醇磷酸（PIPs，又称磷脂酰肌醇）、磷脂酰丝氨酸（PS）和磷脂酸（PA）。它们可作为关键信号级联中第二信使的前体或本身即为第二信使，调控多种蛋白的定位与激活，并参与几乎所有膜运输事件。因此，理解这些脂质在细胞内的亚细胞定位和动态变化非常重要。多年来，研究者发展了多种用于固...