实时监测活细胞内激酶活性动态有助于理解信号转导的时空调控。本文报道了双分子激酶活性报告器（bimKARs）作为分子工具在增强激酶活性实时可视化方面的适应性。作者证明 bimKAR 设计具有高度通用性，可用于监测多种激酶，包括 JNK、ERK 和 AMPK。与单分子报告器相比，bimKAR 可具有显著增大的动态范围，从而揭示此前难以检...
本文综述了纳米结构光子晶体表面与高光谱反射成像检测仪器相结合的发展与应用。二者共同构成一种新型光学显微镜——光子晶体增强显微镜（PCEM），可实现对生物材料与基底表面相互作用的无标记、定量和动力学监测。PCEM可检测介电纳米颗粒、金属等离子体纳米颗粒、生物分子层和活细胞等广泛材料。由于无需细胞毒性染色或易光漂白荧光染料，PCEM特别...
本文报道了一种基于萘酰亚胺配体 NCH 与 Cu2+ 形成的 ensemble 型荧光化学传感器 NCH-Cu2+，用于水溶液和活细胞中组氨酸（His）的高选择性、可逆检测。NCH 对 Cu2+ 具有特异性结合能力，结合后形成 2:1 非荧光复合物，并伴随 92.2% 的荧光猝灭。His 能够与 Cu2+ 配位并从 NCH-Cu2+...
萤火虫荧光素酶通过高度特异的ATP依赖过程发射可见光，已广泛用于基因报告、全细胞生物传感器测量和活体成像。作者此前报道了一种嵌合酶，其N端来自Photinus pyralis荧光素酶，C端来自Luciola italica荧光素酶，具有约2倍增强活性和1.4倍更高生物发光量子产率。随后作者鉴定出5个基于L. italica的氨基酸改...
开发荧光生物传感器的主要动机是实时监测细胞内代谢物水平。大多数可遗传编码的荧光传感器基于受体蛋白与荧光蛋白结构域的融合，但许多小分子代谢物缺乏已知蛋白受体，且基于蛋白受体的FRET传感器工程化困难。近年来，小分子结合核糖开关通过与体外筛选的Spinach适配体融合，被改造为荧光生物传感器；Spinach可结合前荧光、细胞可渗透的GF...
环二腺苷酸（cdiA）是一种预测广泛存在于革兰氏阳性菌、部分革兰氏阴性菌和古菌中的第二信使。在人类病原体单核细胞增生李斯特菌中，cdiA 是调控代谢功能和细胞壁稳态的关键分子，其水平降低会增加抗生素敏感性。作者通过将 Spinach2 适配体与 cdiA 核糖开关的配体结合域融合，构建了 cdiA 荧光生物传感器。该传感器用于在活的...
重复核苷酸或氨基酸序列常被工程化到探针和生物传感器中，以实现功能读出和稳健信号放大，但这些重复序列极易发生异常缺失和降解，影响生物功能的正确检测与解释。本文提出一种简便且可推广的方法，通过修饰靶 mRNA 的核苷酸序列，使其成为非重复但仍具功能的“同义”序列。作者首先设计一组同义 MS2 RNA 基序和串联衣壳蛋白用于 RNA 成像...
在多种超分辨显微技术中，受激发射损耗（STED）显微术能在高空间分辨率下实现最佳时间分辨率，从而支持突破衍射极限的活细胞成像。然而，STED 及多数超分辨方法通常只从原始数据中提取荧光团位置信息。为拓展超分辨技术的应用，本文报道了一种动态生物传感器的活细胞 STED 显微成像。作者使用荧光过氧化氢传感器 HyPer2 进行亚衍射成像...
环状二核苷酸是一类调控细菌生理过程的重要第二信使。环状 AMP-GMP（cAG，又称 3′-5′ cGAMP）的合成酶 DncV 与霍乱弧菌高感染性相关，但其在多数细菌中的分布和功能仍不清楚。本文发现环境细菌硫酸盐还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）可产生 cAG，并利用 GEMM-I 类核糖开关中的一个亚...
细胞-基质粘附在控制细胞形态与信号转导中起关键作用。破坏细胞-基质粘附的刺激（如炎症过程中释放的髓过氧化物酶等基质修饰氧化剂/酶）与多种疾病中细胞功能、表型和活力的病理改变有关。本文介绍如何利用细胞-基底阻抗和活细胞成像方法，以内皮细胞和髓过氧化物酶作为病理生理基质修饰刺激，以高时间分辨率和非侵入方式准确量化基质修饰诱导的细胞粘附与...
Anastasis（复苏）指濒死细胞在凋亡刺激去除后逆转凋亡并恢复存活的现象。在复苏前，细胞已越过凋亡关键检查点，包括线粒体碎裂、细胞色素c释放、caspase激活、染色质凝聚、DNA损伤、核碎裂、质膜起泡、细胞收缩、磷脂酰丝氨酸外翻和凋亡小体形成。若凋亡刺激在死亡前被移除，濒死细胞可逆转凋亡及其他死亡机制，因此anastasis可...
基因编码的FRET生物传感器可在活细胞中实时观察特定酶活性的空间与时间变化。作者此前报道了特异性识别Zeta相关蛋白70 kD（ZAP-70）的FRET生物传感器；ZAP-70是Syk家族蛋白酪氨酸激酶，对早期T细胞受体（TCR）信号、T淋巴细胞发育以及整合素介导的T细胞迁移至关重要。为便于研究免疫突触形成或细胞迁移等动态过程中的Z...
本文设计并合成了一种智能“关-开”分子支架/荧光探针1。该探针表现出良好的光稳定性、细胞通透性、细胞器特异性和对ATP的选择性。HeLa细胞多色活细胞成像实验表明，探针1对线粒体具有高选择性，并呈现荧光“开启”响应。作为概念验证及其在生物科学中应用前景的证明，探针1被用于在部分水相介质和HeLa细胞内灵敏检测ATP。ATP三磷酸基团...
多种环境刺激可通过蛋白水解切割诱导细胞表面蛋白脱落。TACE（TNF-α转化酶，ADAM17）作为“脱落酶”介导多种生长因子和细胞因子的成熟与释放，从而调控细胞反应。作者开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的基因编码生物传感器TSen，用于在活细胞中定量监测TACE活性的动力学。TSen包含TGFα来源的N端信号肽、TNFα来...
本文报道了一类基于二聚化依赖荧光蛋白（ddFP）异二聚体伙伴可逆交换的遗传编码荧光生物传感器。ddFP由含色团的A拷贝（绿色GA或红色RA）和不形成色团但可显著增强A拷贝荧光的B拷贝组成；GA与RA均可与互补B拷贝结合形成荧光异二聚体。作者利用B拷贝在GA与RA之间的竞争性交换，使蛋白酶切割、Ca2+结合、PIP2水解、cAMP/P...
细胞内氧化还原状态是调控代谢酶活性、活性氧生成与清除等基本细胞功能的关键因素。遗传编码荧光氧化还原传感器（如 roGFP 和 Redoxfluor）已用于活细胞氧化还原状态研究，但在含有其他有色色素的细胞中应用受限。为此，作者开发了更简单的氧化敏感荧光蛋白 Oba-Q（oxidation balance sensed quenchi...