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...
心肌细胞肌浆网（SR）经高活性静息2型兰尼碱受体（RyR2）发生Ca2+泄漏，可致心律失常。外源肽DPc10优先结合并促进病理泄漏态RyR2，钙调蛋白（CaM）结合则抑制泄漏，低CaM亲和力提示泄漏态。作者据此发展靶向RyR2的FRET生物传感器。本研究用供体标记FKBP12.6（D-FKBP）解析受体标记CaM（A-CaM）与Ry...
心肌细胞肌浆网（SR）通过静息高活性心脏兰尼碱受体2（RyR2）发生Ca2+泄漏，可致心律失常。外源肽DPc10可检测泄漏态RyR2，钙调蛋白（CaM）可抑制RyR2泄漏。据此，作者发展了靶向RyR2药物发现的FRET生物传感器。本文用FRET解析SR囊泡中DPc10与CaM结合RyR2的分子机制。以AF488标记FKBP12.6（...
基因编码生物传感器可监测细胞内钙变化，推动对细胞信号与神经元活动模式的理解。GCaMP 类传感器需根据具体生物学问题调节亮度、动态范围、配体亲和力和响应动力学。最新一代 jGCaMP8f 有望通过更高荧光动态范围提升体内成像。本文系统测定 jGCaMP8f 的体外生物物理性质，并通过理性设计开发两个新变体。作者利用荧光光谱学表征 j...
环境中铀的扩散可能危害人类及其他生物健康，因此需要监测环境中生物可利用且具有毒性的铀组分，但目前缺乏高效测量方法。本研究旨在开发一种基因编码的FRET比率型铀生物传感器。该传感器通过在钙调蛋白（calmodulin, CaM）两端分别嫁接两个荧光蛋白构建；CaM可结合四个钙离子。作者通过修饰金属结合位点和荧光蛋白，生成并体外表征了多...
本研究报道了一类双吲哚马来酰亚胺（Bisindolylmaleimides, BIMs）化合物作为钙调蛋白（calmodulin, CaM）潜在抑制剂的分子水平相互作用。BIMs 是源自斯他唑星（staurosporine）的药物原型，其中 BIM II、IV、VII、X 和 XI 首次被提出并报道为可能的 CaM 抑制剂。研究采用...
钙调蛋白（CaM）是 Ca2+ 感受蛋白，参与多种血管平滑肌细胞（VSMC）功能。由于 CaM 表达量不足以覆盖其众多靶蛋白，调控其表达及靶蛋白相互作用的因子可广泛影响血管功能。VSMC 接受内皮细胞（EC）的多种调控，但 EC 是否通过控制 VSMC 中 CaM 表达及相互作用调节血管功能尚不清楚。本研究使用同一血管分离的 EC ...
钙调蛋白（CaM）可调节多种靶蛋白，但组织内 CaM 不足，形成限制性 CaM 平衡。绝经增加心脏疾病风险，但雌激素是否影响心脏 CaM 平衡未知。作者设计检测法评估卵巢切除和雌激素处理对心脏 CaM 平衡的影响。Sprague-Dawley 大鼠接受假手术或卵巢切除，随后 2 周给予溶剂或 17β-雌二醇。Ca2+ 饱和左心室（L...
甲硫氨酸氧化参与蛋白活性调控，并常导致蛋白功能异常，但目前缺乏定量分析蛋白特异性甲硫氨酸氧化的工具。本研究开发了一种可定量检测目标蛋白中以甲硫氨酸-R-亚砜形式存在的氧化甲硫氨酸的生物传感器tpMetROG。该传感器由甲硫氨酸亚砜还原酶B（MsrB）、环状置换黄色荧光蛋白（cpYFP）、硫氧还蛋白（Trx）和蛋白G组成。蛋白G结合目...
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；...
目前最成功的基因编码钙指示剂（GECI）多采用荧光强度或比率读出。尽管钙依赖的荧光强度变化较大，但强度易受光漂白、样品移动和探针局部浓度变化影响，且 GECI 对生理 pH 变化敏感，因此难以准确定量细胞内钙浓度。本文报道一种基于荧光寿命的传感策略：钙结合诱导的构象变化直接改变循环置换绿松石荧光蛋白（cpTq2）的荧光量子产率和荧光...
酶促多肽蛋白水解是广泛而强大的生物控制机制。近年来，在构建人工蛋白水解系统方面取得显著进展，其中特定输入可调节蛋白酶活性，从而调节其底物活性。然而，迄今开发的所有蛋白水解系统均依赖对其效应物的直接蛋白水解切割。本文提出一种新概念：具有可调输入信号的蛋白酶生物传感器可解笼释放信号肽，该信号肽随后可将信号传递至别构蛋白报告器。我们证明，...
倾斜光纤布拉格光栅（TFBG）兼具光纤布拉格光栅与长周期光纤光栅的优点，在生化传感领域受到广泛关注。钙调蛋白（calmodulin, CaM）广泛分布于真核细胞，可调节腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶等酶，并介导细胞增殖、环核苷酸代谢等过程；体内CaM水平异常会影响代谢、神经生长和记忆，因此检测其浓度具有重要意义。本文提出并实验验证了一种...
电压门控钠通道（Nav）受多种保守辅助蛋白调控，包括四个成纤维细胞生长因子同源因子（FGF）和钙调蛋白（CaM）。FGF 结合 Nav EF 手样结构域（EFL），CaM 结合 Nav IQ 基序，二者在 Nav 胞质 C 端结构域（CTD）上相邻。本文首次通过稳态荧光光谱滴定、溶液 NMR 和计算建模证明，(Ca2+)4-CaM（...
蛋白质在无关生化输入与输出之间转换是生物能量与信息处理的基础。常见机制是配体结合或共价修饰引起受体蛋白构象变化，进而变构调节效应结构域。理性设计此类系统是合成生物学与蛋白质工程的核心目标。基于分析物存在下模块支架化的两组分传感系统是最通用的生物传感器架构之一，但其响应依赖各组分绝对和相对浓度。本文以钙调蛋白（CaM）操作的人工变构蛋...
KRAS4b是一种调控MAPK等信号转导通路的小GTP酶。近期研究关注RAS与钙信号之间的相互作用机制。KRAS4b功能依赖其C末端法尼基化并招募至质膜，部分研究提示Ca2+-钙调蛋白（CaM）可调节该定位。本文结合晶体结构与NMR数据揭示，Ca2+依赖的CaM-KRAS4b相互作用由CaM C端叶疏水口袋对KRAS4b法尼基基团的...
变构蛋白开关是生命体信息与能量处理的关键调控元件，也是合成系统中理想的工程化控制工具。本文提出一种通用策略，通过理性选择位点将钙调蛋白（CaM）结构域插入组成型活性酶，将其转化为肽调控的合成变构 ON 开关。基于 EGFP、葡萄糖脱氢酶（GDH）、NanoLuciferase 和二氢叶酸还原酶（DHFR）的开关仅需少量优化，动态响应...
遗传编码钙指示剂（GECI）是报告细胞信号、神经元及网络活动的重要工具。本研究针对两种近期发展的红色荧光GECI（RGECI）——基于mApple的jRGECO1a和基于mRuby的jRCaMP1a，通过理性突变生成新型快速衰减变体，并系统研究其动力学机制。结果显示，jRGECO1a和jRCaMP1a荧光复合物的形成均为钙结合后发生...
钙/钙调蛋白（Ca2+/CaM）依赖的蛋白信号调控在肌肉发育、免疫应答、心肌功能及神经元连接可塑性中具有重要作用。在兴奋性神经元中，Ca2+经NMDA受体内流并结合钙调蛋白（CaM），进而调控下游钙调蛋白结合蛋白（CBP）的激活；不同CBP对Ca2+输入频率具有选择性“调谐”。作者将此前描述CBP竞争结合CaM的确定性模型扩展，纳入...
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...