长发射波长的比率型指示剂在现代生物成像与生命科学中具有重要价值。本文利用稳态吸收、二维荧光、飞秒瞬态吸收光谱及量子化学/分子动力学计算，阐明了独立红色荧光蛋白（RFP）钙离子生物传感器REX-GECO1的工作机制。在480 nm激发下，未结合Ca2+的REX-GECO1生色团易被捕获于激发态暗态，荧光较弱；Ca2+结合后，钙调蛋白（...
荧光蛋白（FPs）暴露于某些过渡金属时会发生荧光淬灭，因此可作为金属生物传感器的受体材料。本研究对来自 Zoanthus sp. 的绿色荧光蛋白 ZsGreen 的金属诱导荧光淬灭进行了光谱分析。结果显示，Fe2+、Fe3+ 和 Cu2+ 分别使 ZsGreen 的荧光强度降至原始强度的 2%、1% 和 20%。金属滴定实验表明，F...
农业环境中重金属污染日益威胁全球人口健康，绿色、低成本、高效的检测方法有助于控制此类污染。本研究构建了一种蛋白生物传感器 mApple-D6A3，由水稻来源的 Cd2+ 结合蛋白 D6A3 与 N 端红色荧光蛋白 mApple 融合而成，用于检测重金属含量。mApple-D6A3 的荧光强度可反映其对金属离子的敏感性，且在碱性条件下...
细胞内氧化还原状态是调控多种生理过程的关键因素，实时监测该状态对理解细胞稳态具有重要意义。已有多种荧光传感器蛋白用于监测细胞内氧化还原变化，但作者此前开发的 Oba-Q 和 Re-Q 分别在氧化和还原条件下发生荧光淬灭，其发射强度直接受原位表达水平影响，难以定量。为克服这一局限，本研究设计了一种具有单一激发峰和双可变发射峰的氧化还原...
精确测量受体周围局部pH对于阐明疾病表型中局部酸化如何导致受体功能异常至关重要，但现有pH传感器难以定位并靶向特定受体分子。本文报道了一种重组蛋白pH传感器Litmus-body，其将抗IgG纳米抗体TP1107与pH敏感绿色荧光蛋白cfSEP及长Stokes位移红色荧光蛋白mCyRFP1融合，可搭载IgG抗体靶向细胞表面特定蛋白。...
本文报道了一种用于测量 G 蛋白偶联受体（GPCR）激动剂效能与配体偏向性的动力学检测平台。作者构建了一种高量子产率、基因编码的荧光生物传感器，将 arrestin-3（β-arrestin2）整体插入 mNeonGreen 荧光蛋白第七 stave，使受体-arrestin 相互作用引起荧光强度变化。该传感器可在 HEK 293T...
汞是全球主要水污染物之一。本研究基于携带 merR 基因的遗传修饰质粒，分别构建了以荧光素酶（LucFF）和翡翠绿色荧光蛋白（EmGFP）为报告基因的全细胞与无细胞生物传感器，用于检测水样中的汞。两种构建体在大肠杆菌和无细胞体系中均达到 1 ppb 汞的检出限。研究发现，高浓度汞对细菌具有细胞毒性，导致全细胞传感器在高汞浓度下出现异...
NAD+在正常与病理过程中发挥核心作用，抑制其合成可用于包括黑色素瘤在内的癌症治疗。为在活细胞中定量NAD+水平并解析NAD+合成的区室化问题，本研究采用近期报道的遗传编码NAD+荧光生物传感器LigA-cpVENUS，将其靶向BRAF-V600E突变的A375转移性黑色素瘤细胞的细胞质、线粒体和细胞核。以NAMPT特异性抑制剂FK...
患者特异性诱导多能干细胞（iPSCs）可分化为所需细胞类型，是研究病理过程与开发治疗策略的有前景模型，但目前尚缺乏常规使用策略。基因编码生物传感器可实时监测信使分子、代谢物和酶活性，并将所记录信号转化为定量数据，从而评估特定分子对疾病发展的影响。本文报道了用于研究与肌萎缩侧索硬化（ALS）相关病理过程的通用细胞平台。作者构建了一系列...
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...
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 ...
维持细胞内氧化还原稳态对细胞存活、增殖、分化和信号传导至关重要；氧化还原环境显著改变可诱导细胞死亡，而某些氧化物种的轻微升高则可作为调控多种细胞过程的信号。氧化还原敏感绿色荧光蛋白 roGFP2 和 rxYFP 已被用于非侵入、在线监测细胞内氧化还原变化。为扩展荧光氧化还原生物传感器的光谱范围，本文报道了基于红色偏移 mRuby2 ...
Src 激酶在细胞迁移、机械感知、促分裂与抗凋亡信号中发挥关键作用，其异常激活常见于多种肿瘤。非活性 Src 呈紧凑构象，由 SH2 域结合磷酸化 Tyr527、SH3 域结合 CD linker 及激酶域等分子内相互作用维持；活性 Src 呈开放构象。作者利用这一空间调控机制，构建了基因编码的荧光共振能量转移（FRET）Src 生...
细菌周质结合蛋白（PBP）在配体结合后会发生显著构象变化，可被用于监测配体浓度。构建此类生物传感器的常用策略是采用 Förster 共振能量转移（FRET）信号：在 PBP 上连接两个荧光蛋白（FP）或两个不同颜色的有机荧光染料，使光学读出信号与配体浓度相关。本研究在单分子水平比较了基于大肠杆菌葡萄糖/半乳糖结合蛋白 MglB 的荧...
生物传感器已成为生命科学中不可或缺的工具。其中，基于荧光蛋白的生物传感器具有优异的生物相容性和可调发射性质，但其开发大多依赖试错。为支持理性设计，我们采用可调飞秒受激拉曼光谱（FSRS），并结合瞬态吸收和量子计算，阐明基于 GFP-钙调蛋白复合物的比率型 Ca2+ 生物传感器 GEM-GECO1 的单点 Pro377Arg 突变体的...
荧光蛋白可被特定金属离子淬灭，这一现象可应用于金属生物传感。为开发金属生物传感器，作者对荧光蛋白 AmCyan 和 mOrange2 被多种金属离子淬灭进行了光谱分析。1 mM 金属离子筛选显示，AmCyan 的荧光强度被 Co2+ 降至最大值的 48.54%，被 Zn2+ 降至 67.77%，被 Cu2+ 降至 19.30%；mO...
FRET 生物传感器是研究活细胞内特定信号通路激活的有用工具。多数现有传感器基于强度法 FRET 设计，而荧光寿命提供更可靠的 FRET 测量。近十年来，FLIM 系统更易获得，荧光蛋白种类也大幅增加，包括长寿命绿色/青色荧光蛋白 Clover 和 mTurquoise2、红色变体 mRuby2 以及暗受体 sREACh。本研究将这...
蛋白生物传感器广泛用于监测活细胞及体外体系中的代谢物浓度和酶活性。中性粒细胞弹性蛋白酶（neutrophil elastase, NE）是一种与炎症疾病相关的丝氨酸蛋白酶，其活性若不受调控可导致病理状态。本研究聚焦于一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的 NE 活性生物传感器的结构表征。该传感器由黄色荧光蛋白（YFP）...
硫氧还蛋白（Trx）是哺乳动物两大硫醇依赖性抗氧化系统之一，在氧化还原稳态和信号转导中发挥关键作用。由于缺乏在活细胞中实时监测 Trx 氧化还原动态的方法，Trx 系统的生理和病理功能研究受到限制。本文报道了首个用于监测 Trx 氧化还原状态的遗传编码荧光生物传感器 TrxRFP1。作者将人 Trx1 与氧化还原敏感红色荧光蛋白 r...
细胞内 pH 是调控酶促代谢、跨膜转运及细胞存活的关键参数，其异常变化可导致蛋白错误折叠和细胞功能紊乱。为实现对细胞内 pH 的非侵入、高时空分辨率监测，作者构建了一套新型遗传编码 FRET 型 pH 生物传感器工具箱 FluBpH。该工具箱以 FMN 结合荧光蛋白 EcFbFP 作为 FRET 供体域；EcFbFP 对酸性环境具有...