Intracellular Calcium Responses to External Calcium Stimuli in
细胞内钙离子（Ca2+）在信号转导、细胞运动与发育等过程中发挥关键作用。尽管细胞内钙动态研究广泛，但胞外钙如何调控胞内钙水平仍不清楚。本研究构建了表达钙生物传感器 GCaMP3 的盘基网柄菌特异性质粒，并在活细胞中实时可视化胞内钙波动。外源钙刺激下，营养期细胞胞内钙快速短暂升高，约 20 s 达峰；而具聚集能力细胞无此响应。Gβ 缺...
Self-Assembly of Microstructured Protein Coatings with Programmable Functionality for Fluorescent Biosensors.
蛋白质作为可遗传编程的功能性大分子，具有作为生物相容性自组装构筑单元的潜力。本研究展示了一种模块化、可遗传编程的蛋白涂层自组装方法，用于生物传感器应用。作者设计并制备了重组融合蛋白构筑块，通过热触发液-液相分离和正交高亲和卷曲螺旋相互作用，在玻璃或聚合物等多种基底上形成微结构涂层。将荧光蛋白引入涂层并控制蛋白密度，可在低资源条件下实...
Theoretical-experimental studies of calmodulin-peptide interactions at different calcium equivalents.
本研究利用 hCaM-M124C-mBBr 荧光生物传感器和分子动力学（MD）模拟，考察四种钙调蛋白（CaM）相关肽在不同钙当量下与 CaM 的相互作用。由于该生物传感器灵敏度高，作者根据每种肽在不同钙当量下的荧光滴定结果计算了五个解离常数（Kd），发现钙饱和度与 Calspermin、nNOS 和 skMLCK 肽亲和力呈正相关；...
Mapping Calcium Dynamics in the Heart of Zebrafish Embryos with Ratiometric Genetically Encoded Calcium Indicators.
斑马鱼胚胎是研究心脏功能的低成本脊椎动物模型。许多荧光基因编码钙指示剂（GECI）已被开发，但比率型读出更适合成像心脏等运动器官。作者将四种基于肌钙蛋白C的比率型GECI——TN-XXL、Twitch-1、Twitch-2B和Twitch-4——瞬时表达于斑马鱼胚胎心脏，其发射比率可报告心房和心室的Ca2+水平。作者测量了Ca2+瞬...
Illuminating the allosteric modulation of the calcium-sensing receptor.
许多膜受体受营养物质调控，但单一受体如何整合多种营养信号仍不清楚。钙敏感受体（CaSR）可被钙离子和多种氨基酸等调节，是维持细胞外钙稳态的关键 G 蛋白偶联受体。本研究开发了一种无细胞时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）构象型 CaSR 生物传感器，通过精确控制环境营养物浓度，解析受体激活伴随的主要构象变化。该体系显示，Ca2...
FRET Reporter Assays for cAMP and Calcium in a 96-well Format Using Genetically Encoded Biosensors Expressed in Living Cells.
G蛋白偶联受体（GPCR）受激素或神经递质刺激后，常引起胞浆环磷酸腺苷（cAMP）和钙离子（Ca2+）浓度改变，从而触发细胞反应。本文描述一种基于微孔板读板机的荧光共振能量转移（FRET）检测方法，利用基因编码生物传感器 H188 和 YC3.60，在单层或悬浮活细胞中实时监测 GPCR 激动剂处理后 cAMP 或 Ca2+ 浓度变...
Novel regulations of the angiotensin II receptor type 1 by calmodulin.
血管紧张素II 1型受体（AT1R）介导血管紧张素II（AngII）的钙依赖性作用，钙调蛋白（CaM）是细胞内钙信号关键转导分子。已知AT1R亚膜域3和4可与CaM结合，但结合位点、生化性质及功能意义尚不清楚。本研究采用FRET生物传感器筛选法，在AT1R亚膜域2（氨基酸125–141）发现新的CaM结合位点，并确认亚膜域3及亚膜域...
Calcium triggers reversal of calmodulin on nested anti-parallel sites in the IQ motif of the neuronal voltage-dependent sodium channel Na
电压门控钠通道家族中多个成员受钙调蛋白（CaM）和钙离子调节。神经元钠通道NaV1.2同时结合去钙（apo）CaM和钙饱和（(Ca2+)4-CaM）。作者测定大鼠NaV1.2 IQ基序（IQRAYRRYLLK）与apo CaM和(Ca2+)4-CaM的平衡解离常数，分别为约3 nM和85 nM，表明apo CaM结合优势约30倍。N...
Illuminating Photochemistry of an Excitation Ratiometric Fluorescent Protein Calcium Biosensor.
荧光蛋白（FP）生物传感器是追踪活体系统中金属离子运动的重要工具，但其光照后的工作原理仍不清楚。为支持生物传感器的理性设计，作者利用飞秒受激拉曼光谱（FSRS）在电子激发态解析了新型激发比率绿色荧光蛋白钙传感器 GEX-GECO1 的荧光调制机制。400 nm 光激发后，约 1180 和 1300 cm^-1 的特征振动标记带呈现同...
Tuning calcium biosensors with a single-site mutation: structural dynamics insights from femtosecond Raman spectroscopy.
荧光蛋白生物传感器是生命科学中常用的报告工具，但其基本工作机制仍不清楚。为在天然时间尺度上表征其功能荧光事件，作者采用波长可调飞秒受激拉曼光谱（FSRS），研究带有 Pro377Arg 单点突变的蓝-绿发射比率型荧光蛋白钙离子生物传感器 GEM-GECO1-P377R。400 nm 光激发后，嵌入发色团在约 1000–1650 cm...
Spectral Unmixing Plate Reader: High-Throughput, High-Precision FRET Assays in Living Cells.
我们开发了一种可在真实高通量筛选（HTS）条件下逐孔记录完整高质量荧光发射光谱的微孔板读数仪，整板384孔读取时间少于3分钟。该仪器特别适合基于荧光共振能量转移（FRET）的活细胞检测。在HEK293细胞中稳定表达并研究了两色SERCA（2CS）分子内FRET生物传感器，其绿色荧光蛋白（GFP）供体与红色荧光蛋白（RFP）受体位于对...
A method for noninvasive longitudinal measurements of [Ca2+] in arterioles of hypertensive optical biosensor mice.
本研究利用双光子 Förster 共振能量转移（FRET）显微镜，对活体“生物传感器”小鼠小动脉中的细胞内钙离子浓度（[Ca2+]）进行连续、非侵入性测量。所用小鼠表达遗传编码钙指示剂（GECI），包括基于 FRET 的 exMLCK 和基于荧光强度的 GCaMP2。exMLCK 的 Rmin 与 Rmax 在离体肠系膜小动脉中测定...
Quantitative measurement of Ca2+ and Zn2+ in mammalian cells using genetically encoded fluorescent biosensors.
基因编码的比率型荧光生物传感器可用于在活细胞中定量测量细胞内离子浓度。本文讨论选择钙离子（Ca2+）或锌离子（Zn2+）生物传感器时需要考虑的重要因素，包括传感器的表观解离常数（Kd′）、动态范围、信噪比、亚细胞定位、pH、氧化还原状态、盐浓度以及离子结合/解离速率等。作者还分析了使用此类传感器进行定量测量的限制，并解释同一传感器在...
Conformational analysis of a genetically encoded FRET biosensor by SAXS.
遗传编码的Förster共振能量转移（FRET）传感器是现代细胞生物学的重要工具，其构象变化会改变供体-受体发射比，从而在时间和空间上监测靶分子变化及酶活性。FRET传感器广泛用于追踪磷酸化事件和钙离子升高。本文首次将体外与细胞内FRET测量和小角X射线散射（SAXS）相结合，在低分辨率水平上分析传感器功能相关的构象变化。研究系统表...
Correlating calcium binding, Förster resonance energy transfer, and conformational change in the biosensor TN-XXL.
基因编码钙指示剂已成为在活体复杂组织和神经回路中成像信号的重要工具，但由于其人工多模块组成，结构-功能关系往往不清楚。本文结合蛋白质工程与动力学、光谱及生物物理分析，系统表征基于 Förster 共振能量转移（FRET）的钙生物传感器 TN-XXL。通过工程化酪氨酸荧光光谱，作者发现四个钙结合 EF-hand 中 EF3-1 和 E...
Ca2+ ion transport through channels formed by α-hemolysin analyzed using a microwell array on a Si substrate.
为实现离子通道活性的功能分析，在硅基底上通过破裂巨单层囊泡形成悬置于微孔上方的人工脂质双分子层。钙离子指示剂fluo-4被脂质双分子层密封封闭在微孔内；微孔口形成的悬挑结构可防止脂质膜落入孔内，从而实现荧光探针的稳定封闭。将α-溶血素插入脂质膜形成通道后，通过监测微孔内fluo-4的荧光强度变化，分析Ca2+经通道的跨膜输运。微孔体...
Development of the fluorescent biosensor hCalmodulin (hCaM)L39C-monobromobimane(mBBr)/V91C-mBBr, a novel tool for discovering new calmodulin inhibitors and detecting calcium.
本文构建了一种新型、敏感且特异的人钙调蛋白（hCaM）荧光生物传感器 hCaM L39C-mBBr/V91C-mBBr。该传感器可用于在溶液中检测具有相反荧光信号的配体，即钙离子（Ca2+）和钙调蛋白抑制剂。作者将该装置成功应用于分析 Ca2+ 对三氟哌嗪（TFP）结合 CaM 的变构效应：Ca2+ 的表观解离常数 Kd 为 0.2...