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...
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...