tKeima: A Large-Stokes-Shift Platform for Metal Ion Detection.
在复杂异质条件下检测金属离子对食品安全、环境监测和细胞研究至关重要。荧光蛋白（FPs）因易表达、无需外源辅因子即可强发射，并在金属结合时发生荧光猝灭，而成为有吸引力的生物传感器。tKeima 具有大斯托克斯位移、pH 敏感性和光谱稳定性，可减少背景干扰。本研究考察 tKeima 对 Fe2+、Fe3+ 和 Cu2+ 的猝灭响应。La...
Modulating Chromophore Flexibility in GEVIs through Threonine-Based Molecular Switches Reveals an Influence of Membrane Curvature on Protein Activity.
许多基因编码电压指示器（GEVIs）依赖荧光蛋白（FP）域报告膜电位变化。电压传感域激活时，稳态荧光快速可逆变化，提示 FP 域发色团附近发生瞬时构象变化，表明发色团柔性可能是信号调制机制。将发色团附近苯丙氨酸替换为苏氨酸（F165T）引入荧光响应的次级成分，与发色团运动性增加一致；外部方向性极化偏移（164T/166F）可重新取向...
An Improved Ratiometric FRET Biosensor with Higher Affinity for Extracellular ATP.
三磷酸腺苷（ATP）作为自分泌和旁分泌嘌呤能信号分子，可释放至细胞外空间并参与正常细胞间通讯、损伤与免疫反应。作者此前报道了一种基于荧光蛋白的遗传编码 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器，可检测微摩尔水平的细胞外 ATP。本研究通过 ATP 结合位点定点突变和细胞表面展示优化，开发了第二代传感器 ECATS2，其对细...
Ranking Single Fluorescent Protein-Based Calcium Biosensor Performance by Molecular Dynamics Simulations.
遗传编码荧光生物传感器（GEFB）已成为在活体内可视化生物过程的重要工具。典型 GEFB 由感受域（SD）与荧光蛋白（FP）基因融合组成，SD 结合配体或发生酶促反应后构象改变，变构调节色酚环境并改变光谱性质。单荧光蛋白型传感器实验设置简单、单波长操作、易于在活细胞中表达且结构稳定，但 FP 与 SD 之间连接链的长度和残基组成显著...
Calibration of FRET-based biosensors using multiplexed biosensor barcoding.
Förster 共振能量转移（FRET）在荧光蛋白生物传感器中广泛用于监测活细胞内生化活动的动态变化。FRET 比值（受体与供体信号之比）常作为 FRET 效率的替代指标，但需借助仅含供体或仅含受体的样品校正信号串扰，且对激光强度、检测器增益等成像条件高度敏感，导致不同实验或时间点之间难以直接比较。受多重生物传感器条形码成像方法启发...
NeMeHg, genetically encoded indicator for mercury ions based on mNeonGreen green fluorescent protein and merP protein from
汞离子检测在环境监测和细胞生物学研究中具有重要意义，但现有基因编码汞离子传感器存在荧光响应为负、动态范围窄或需要补充辅因子等局限。本研究以环状置换的mNeonGreen绿色荧光蛋白（cpmNeonGreen）和来自志贺氏菌Shigella flexneri的汞结合蛋白MerP为基础，通过理性构建与随机突变筛选，开发了NeMeHg和i...
An Ultrasensitive Biosensor for Probing Subcellular Distribution and Mitochondrial Transport of l-2-Hydroxyglutarate.
L-2-羟基戊二酸（L-2-HG）是参与氧化还原稳态、免疫调控和表观遗传修饰等功能区室化代谢物，但其亚细胞分布与线粒体转运机制因实时原位检测技术受限而不清。本研究开发了一种超灵敏 L-2-HG 荧光生物传感器 sfLHGFRH，由循环置换黄色荧光蛋白 cpYFP/cpSFYFP 与 L-2-HG 特异性转录调控蛋白 LhgR 融合构...
A hybrid RNA-protein biosensor for high-throughput screening of adenosylcobalamin biosynthesis.
遗传编码回路已成功用于从大型突变库中评估和表征具有理想性状的靶标变体。腺苷钴胺素（AdoCbl）是多种胞内生理反应必需的辅酶，广泛应用于医药和食品工业。能够检测 AdoCbl 产量并筛选优良合成菌株的高通量筛选技术，对构建工业化微生物细胞工厂至关重要。本研究开发了一种 RNA–蛋白混合生物传感器：输入部分为内源 RNA 核糖开关，特...
Real-Time cAMP Dynamics in Live Cells Using the Fluorescent cAMP Difference Detector In Situ.
cAMP 差异检测器原位（cADDis）是一种新型生物传感器，可连续测量活细胞中环磷酸腺苷（cAMP）水平。该传感器由环状置换荧光蛋白连接至 Epac2 铰链区构建，形成单一荧光团生物传感器，结合 cAMP 后荧光可升高或降低。传感器具有红色和绿色向上版本以及绿色向下版本，并可提供靶向不同亚细胞定位的版本。本研究采用绿色向下 cAD...
Non-invasive single cell aptasensing in live cells and animals.
本文报道了一种遗传编码适配体生物传感器平台，用于在细胞和动物中非侵入性测量药物分布。该平台将适配体分子识别的高特异性与荧光蛋白易于检测的特性相结合，构建了六种编码适配体传感器，展示了平台的通用性。这些传感器对各自目标药物相对于相关类似物表现出高灵敏度和高特异性，并可在单个活细胞中呈现剂量依赖性响应，直至达到饱和的药物摄取水平。作者将...
Adaptable, turn-on maturation (ATOM) fluorescent biosensors for multiplexed detection in cells.
生物传感器设计的一大挑战是开发可灵活适配目标、基于单分子荧光蛋白的平台。本文构建了一组可适配的开启式成熟（ATOM）荧光生物传感器，将循环置换的单域蛋白（monobody, MB）或纳米抗体（nanobody, NB）插入荧光蛋白（FP）的三个表面环之一。作者利用识别 hRAS、c-Abl SH2 结构域和 WDR5 的 MB，以及...
Molecular Design of FRET Probes Based on Domain Rearrangement of Protein Disulfide Isomerase for Monitoring Intracellular Redox Status.
多结构域蛋白可基于结构域协同相互作用和变构调节实现复杂功能。本研究探索将多结构域蛋白作为 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器的基础，以蛋白二硫键异构酶（PDI）为代表。PDI 是研究充分的多结构域蛋白，其氧化还原依赖构象变化可暴露跨越 b' 和 a' 结构域的疏水表面，该表面是底物主要结合位点。利用 PDI 的动态结...
Adaptable, Turn-On Monobody (ATOM) Fluorescent Biosensors for Multiplexed Detection in Cells.
生物传感器设计的一大挑战是开发可灵活适配目标、基于荧光蛋白的单分子平台。本文构建了一类可适配的开启型单体抗体（ATOM）荧光生物传感器，将循环置换的单体抗体（monobody, MB）插入循环置换荧光蛋白的三个表面环之一，使目标结合后激活荧光。作者利用针对 WDR5、SH2 和 hRAS 的 MB，分别构建青色、黄色和红色 ATOM...
Nitric Oxide Sensing by a Blue Fluorescent Protein.
半胱氨酸残基的 S-亚硝基化是多种蛋白质动态翻译后调控和氧化还原调节的重要机制。许多荧光蛋白（FP）含有半胱氨酸，GFP 衍生荧光蛋白中两个高度保守的 Cys 残基为发色团自催化形成提供有利微环境。尽管荧光蛋白 25 年来一直是细胞生物学工具，但一氧化氮（NO）对其荧光性质的影响此前未被研究。本文考察蓝色发射荧光蛋白 mTagBFP...
A FRET-Based Biosensor for the Src N-Terminal Regulatory Element.
在信号转导蛋白中，内在无序区常作为调控元件，对环境变化、配体结合和翻译后修饰敏感。无序区所采样的构象空间可受环境刺激影响，并通过效应结构域触发下游过程。这类调控元件的无序性使其能够整合信号并产生分级响应，但也阻碍了基于固定三维结构的传统药物筛选方法。作者设计了一种可遗传编码的生物传感器，用于检测 c-Src 激酶 N 端调控元件（S...
tdLanYFP, a Yellow, Bright, Photostable, and pH-Insensitive Fluorescent Protein for Live-Cell Imaging and Förster Resonance Energy Transfer-Based Sensing Strategies.
黄色荧光蛋白（YFP）常作为 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器中的光学报告分子，但现有 YFP 的光稳定性不足且在酸性 pH 下荧光性能较差，限制了传感灵敏度。本文系统表征了源自 Branchiostoma lanceolatum 四聚体 LanYFP 的黄色荧光蛋白 tdLanYFP。其量子产率为 0.92，消光...
Synthetic biosensor for mapping dynamic responses and spatio-temporal distribution of jasmonate in rice.
茉莉酸（JA）在植物发育与胁迫响应中起关键作用，但其在细胞水平的时空分布仍不清楚。已有拟南芥 Jas9-VENUS 荧光生物传感器受 35S 启动子活性限制，在生殖组织和单子叶作物中表达不佳。本研究基于 OsJAZ6 的 JA 依赖降解序列（Jas6）构建水稻合成生物传感器 J6V-HM，由玉米 Ubi-1 启动子驱动核定位 Jas...
Design and Prototyping of Genetically Encoded Arsenic Biosensors Based on Transcriptional Regulator AfArsR.
基于工程化荧光蛋白（FP）的遗传编码生物传感器是监测生物体系内特定离子和分子动态的重要工具。三价砷离子（As3+）因能与蛋白质巯基结合而具有强细胞毒性，可抑制蛋白功能、破坏蛋白间相互作用并最终导致细胞死亡。开发 As3+ 遗传编码生物传感器有望在体外和体内研究其毒性机制。本研究以嗜酸氧化亚铁杆菌（Acidithiobacillus ...
Structural Analysis of a Genetically Encoded FRET Biosensor by SAXS and MD Simulations.
受天然信号蛋白模块化结构启发，配体结合蛋白可融合两个荧光蛋白（FP）构建基于 Förster 共振能量转移（FRET）的生物传感器。本研究以葡萄糖传感器为例，将供体与受体荧光蛋白通过不同连接序列连接至葡萄糖结合蛋白，形成多种传感器构象体。对其中三种构象体，利用小角 X 射线散射（SAXS）测量葡萄糖诱导的构象变化，并与已发表的单分子...
Genetically Encoded, pH-Sensitive mTFP1 Biosensor for Probing Lysosomal pH.
溶酶体是细胞内大分子降解的关键场所，其腔内 pH 通常约为 4.5。为更准确地研究溶酶体 pH，作者设计了一种新型基因编码荧光蛋白 pH 生物传感器 FIRE-pHLy。该传感器通过溶酶体相关膜蛋白 1（LAMP1）靶向溶酶体膜，并利用单体青色荧光蛋白 1（mTFP1）作为腔侧 pH 敏感报告域，在 pH 3.5–6.0 范围内报告...