细胞内过氧化氢（H2O2）水平受严格调控，并可被多种刺激物调节。多种纳米酶具有过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）等氧化还原酶样活性，部分还具有多酶样特性，但其在细胞内的具体作用难以预测和检测。本研究在白血病细胞系 THP-1 的胞质和线粒体中表达 HyPer7 探针，构建实时、动态、高灵敏的活细胞生...
过氧化氢（H2O2）作为第二信使，通过线粒体内高度区室化的产生传递代谢应激信号。活性氧（ROS）在线粒体区室与细胞质之间生成和扩散的动态决定氧化应激反应与病理过程，但机制仍不清楚。本研究将 H2O2 生物传感器 HyPer7 与靶向多个线粒体微区室的 ROS 生成蛋白 KillerRed（KR）光遗传刺激相结合，实现单线粒体 H2O...
中枢神经系统炎症可损害神经元线粒体功能，并参与多发性硬化（MS）等神经炎症疾病中的轴突退变。本研究将细胞类型特异性线粒体蛋白质组学与体内生物传感器成像相结合，解析炎症如何改变神经元线粒体的分子组成与功能能力。作者利用转基因小鼠和重组腺相关病毒表达 PercevalHR、ATeam 等荧光传感器，在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小...
三磷酸腺苷（ATP）是细胞能量货币，约90%由线粒体产生，少于10%由胞质产生。代谢变化对细胞ATP动态的实时影响仍不明确。本文报道遗传编码荧光ATP指示剂smacATPi的设计与验证，可在培养细胞中实时、同时可视化胞质和线粒体ATP。该双指示剂由先前描述的胞质和线粒体ATP指示剂组合而成。在HEK293T细胞中，糖酵解抑制剂2-脱...
α-突触核蛋白（α-Syn）聚集驱动帕金森病（PD），但其自组装与结构转化的早期阶段尚未在神经元内被直接观察。本研究利用单分子 Förster 共振能量转移（smFRET）生物传感器追踪神经元内 α-Syn 的构象状态，发现 α-Syn 以浓度依赖和序列特异方式由单体转化为两种不同寡聚体状态。三维 FRET-关联光镜与电镜（FRET...
氧化应激与多种疾病的发生发展密切相关。电子传递链（ETC）抑制剂如鱼藤酮（rotenone）和抗霉素A（antimycin A）常被用于体外模型以诱导线粒体氧化应激。2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH2-DA）是一种荧光探针：非荧光的DCFH2-DA可穿过细胞膜，经酯酶去乙酰化为DCFH2，再被细胞内活性氧（ROS）氧化为...
O-GlcNAc 糖基化是一种可逆翻译后修饰，由 OGT 和 OGA 分别催化添加与去除，参与细胞质、核及线粒体蛋白调控。线粒体中主要 OGT 变体 mOGT 已被提出，但线粒体 OGA 尚未鉴定。OGA 存在长、短两种剪接异构体。本研究通过细胞分级分离发现，短 OGA（S-OGA）在 HEK-293T、RAW 264.7 细胞及小...
溶酶体与线粒体之间的相互作用不仅包括线粒体自噬，还包括介导两种细胞器物质与信息交换的线粒体-溶酶体接触（MLC）。本研究设计并合成了一种具有荧光特性的溶酶体靶向生物传感器CNN，用于结构光照明显微镜（SIM）下的溶酶体成像，并进一步在病理条件下观察线粒体形态变化及MLC现象。首先采用CCK-8法检测CNN对H9C2心肌细胞的毒性，随...
本研究针对脂滴（LDs）与线粒体形成大量接触位点以实现能量转移和通讯的问题，开发了一种脂滴靶向荧光生物传感器 C-Py（C21H19N3O2，7-(二乙氨基)香豆素-3-乙烯基-4-吡啶乙腈）。在 HeLa 细胞中，C-Py 与商品化脂滴染料 Nile Red 共定位，并在结构光照明显微镜（SIM）下与 BODIPY493/503 ...
线粒体驱动表观基因组改变已有报道，但其在个体水平是否相关仍不清楚。可存活黄腹小鼠（Avy）是一种强力的表观遗传生物传感器模型，通过动物毛色报告 Avy 位点 DNA 甲基化状态，该状态在三胚层分离前建立。本文显示，母鼠暴露于强效线粒体复合物 I 抑制剂鱼藤酮，不仅改变皮肤中 Avy 位点 DNA 甲基化状态，还广泛影响子代肝脏 DN...
非洲锥虫中过氧化物氢还原依赖2-Cys过氧化物酶（Prx）和谷胱甘肽过氧化物酶型酶（Px），二者均从泛硫丙氨酸/泛硫丙氨酸偶联氧化还原蛋白（T(SH)2/Tpx）偶联体获得还原当量。细胞质形式必需，而线粒体mPrx和Px III在血液型布氏锥虫中似乎可替代。本文显示，Px III缺失且mPrx经RNA干扰下调的血液型细胞增殖与亲本相...
核编码的线粒体基质蛋白17β-羟基类固醇脱氢酶10型（17β-HSD10）可调控环孢素D（cypD），而cypD参与线粒体通透性转换孔的开放；阿尔茨海默病（AD）中线粒体内积累的淀粉样β肽（Aβ）可能影响上述机制。为阐明脑线粒体中的变化，作者利用表面等离子共振（SPR）生物传感器在体外实时观察17β-HSD10与cypD的直接相互作...
支链氨基酸（BCAAs）是必需氨基酸，并作为信号分子调控细胞代谢过程，其胞内利用可能受环境营养可及性调节。然而，由于缺乏适合单活细胞内BCAA浓度测量的方法，胞内BCAA浓度随环境条件变化的时空调控尚不清楚。本研究开发了一种基于Förster共振能量转移（FRET）的基因编码BCAA生物传感器，命名为OLIVe。该传感器FRET值随...
线粒体是主要能量发生器和钙离子生物传感器，与神经元活动动态耦联并参与神经可塑性。本研究报道，每日急性间歇性缺氧（dAIH）诱导的呼吸神经可塑性引起大鼠pre-Bötzinger复合体（pre-BötC）线粒体超微结构和突触后分布的适应性改变。dAIH可诱导呼吸神经活动的长时程易化（LTF）。作者检测dAIH预处理成年大鼠pre-Bö...
针对胞质与核内不同亚细胞区室的双位点靶向探针具有重要价值，但报道较少。本文合理设计并合成了一系列小分子噻吩吡啶盐衍生物 MitoNuc1–4，其具有水溶性、高量子产率和双光子活性，并通过晶体学确认结构。系统研究了它们的光物理性质和生物成像性能。结果表明，MitoNuc1–4 在近红外区具有双光子吸收性质；其中 MitoNuc1 因膜...
发育心肌细胞的核心特性是能够自发跳动，但其机制是否类似成人心脏尚未直接验证。本研究在人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPS-CM）和大鼠新生心肌细胞（rN-CM）中，通过全细胞/穿孔膜片钳和二维共聚焦成像，比较肌浆网与线粒体钙信号及If通道对自发节律的贡献。结果显示：两类细胞在24℃下均自发跳动（60–140次/分）；将膜电位钳制在...
生物传感器为测量活体生物体内多种代谢物动态提供了创新工具。它们通过基因编码方式构建，可与特定蛋白或靶向序列融合，从而特异性定位到细胞器区室。线粒体是真核细胞代谢的核心，具有复杂的多区室结构。过去十年，用于能量产生分子、活性氧和二级信使的遗传编码传感器帮助揭示了线粒体生理的关键方面。目前，ATP、NADH、pH、过氧化氢、超氧阴离子、...
遗传编码氧化还原生物传感器的发展使细胞与生物体内化学特异性、定量、动态且区室化的氧化还原测量成为可能。氧化还原敏感绿色荧光蛋白（roGFP）尤其受到关注，可实时监测生物氧化还原变化。最近，将 Grx（glutaredoxin）与 roGFP2 翻译融合形成 Grx1-roGFP2，成为谷胱甘肽氧化还原电位（EGSH）传感器。线粒体是...
本研究利用表达细胞质定位（c-roGFP1）和线粒体定位（m-roGFP1）氧化还原敏感绿色荧光蛋白的拟南芥 Col-0 野生型及抗坏血酸缺乏突变体 vtc2，研究渐进性水分胁迫与复水对细胞质和线粒体氧化还原状态的影响。结果表明，水分胁迫对两个细胞区室的氧化还原状态影响不同，且受植株表型和叶片年龄影响。作者认为抗坏血酸在维持氧化还原...
锌离子在缺血性卒中、癫痫持续状态和创伤性脑损伤后的细胞毒性作用仍有争议，但可能源于线粒体功能障碍。本文报道了一种基于人碳酸酐酶II（CA II）变体的激发比率荧光生物传感器，并将其表达于线粒体基质，用于定量成像其中的游离锌水平。在PC12大鼠嗜铬细胞瘤细胞培养系中，作者测得线粒体基质平均游离锌浓度约为0.2 pM。随后在细胞氧葡萄糖...