Activation of Erk in ileal epithelial cells engaged in ischemic-injury repair.
肠上皮细胞构成保护机体免受病原体和膳食物质侵害的物理屏障，因此其损伤必须迅速修复。多项体内和体外研究表明细胞外信号调节激酶（Erk）参与再生过程，但 Erk 活性与组织形态相关的空间调控尚未充分阐明。本研究利用双光子显微镜和携带 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器的小鼠，在活体小鼠回肠上皮细胞中实时监测 Erk 活性...
Gradients of Rac1 Nanoclusters Support Spatial Patterns of Rac1 Signaling.
Rac1 是一种调控肌动蛋白分支与细胞前缘片状伪足伸缩的小分子 RhoGTPase 开关。既往生物传感器成像显示，细胞突起区域存在活性 GTP 结合 Rac1 的梯度分布。本文利用活细胞单分子成像与超分辨显微镜，进一步揭示 Rac1 的超分子组织形式：约 20% 的膜结合 Rac1 被固定于含 50–100 个分子的纳米簇中。这些纳...
Asymmetric localization of DLC1 defines avian trunk neural crest polarity for directional delamination and migration.
上皮-间质转化后，鸟类躯干神经嵴细胞（NCC）获得极性是定向脱离与迁移的前提，对周围神经系统发育至关重要，但细胞极化如何建立和调控仍不清楚。本文利用 RHOA 生物传感器在鸡胚胎体内和体外神经管原代培养中证明，NCC 极化启动伴随细胞后部胞质中高度激活的 RHOA，以及前缘膜突起处波动性 RHOA 活性。这种差异 RHOA 活性决定...
Enzyme-Triggered Dissociation of a FRET-Based Protein Biosensor Monitored by Synchrotron SAXS.
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）...
Neurodevelopmental disease-associated de novo mutations and rare sequence variants affect TRIO GDP/GTP exchange factor activity.
双相情感障碍、精神分裂症、自闭症和智力障碍等神经发育疾病严重影响数百万患者，但治疗进展受限于对分子机制认识不足。本研究通过靶向检索发现，编码330 kDa三重功能结构域（TRIO）蛋白的基因在神经发育疾病中存在新发突变富集。作者制备多种TRIO抗体，证明较小TRIO9亚型是脑内主要蛋白产物，且出生后水平下降。TRIO9含两个鸟苷酸交...
In vivo gibberellin gradients visualized in rapidly elongating tissues.
赤霉素（GA）是调控植物生长发育的关键植物激素，但其在活体细胞中的时空分布仍不清楚。作者利用酵母组合筛选平台，工程化了一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的光遗传生物传感器 GPS1，可感知纳摩尔水平的活性赤霉素。将核定位 GPS1（nlsGPS1）稳定表达于拟南芥后，可在细胞水平报告 GA 浓度。结果显示，在快速伸长...
Oxidant sensor in the cGMP-binding pocket of PKGIα regulates nitroxyl-mediated kinase activity.
尽管内源性亚硝酰（HNO）的产生与作用机制尚未完全阐明，药理学 HNO 供体已显示治疗前景并进入临床试验。质谱和定点突变显示，化学性质不同的 HNO 供体 1-硝基环己基乙酸酯（NCA）或安杰利盐（AS）均可诱导 cGMP 依赖性蛋白激酶 Iα（PKGIα）形成二硫键：包括两个亚基 Cys42 之间的分子间二硫键，以及高亲和力 cG...
Postsynaptic density 95 (PSD-95) serine 561 phosphorylation regulates a conformational switch and bidirectional dendritic spine structural plasticity.
PSD-95是突触后密度主要支架蛋白，参与双向突触可塑性，而可塑性对学习记忆至关重要。已知诱导可塑性时PSD-95动态性增加，但介导其作用的结构性与功能性变化仍不清楚。本文显示，PSD-95鸟苷酸激酶（GK）结构域Ser561的磷酸化由Par1激酶介导，可调控构象开关，并对双向可塑性重要。利用FRET生物传感器，作者发现Ser561...
Detection of phasic dopamine by D1 and D2 striatal medium spiny neurons.
纹状体中多巴胺的阶段性释放决定奖励学习与动作选择，但其对胞内信号动态的影响仍不清楚。本研究在小鼠纹状体脑片中利用基因编码 FRET 生物传感器，动态量化短暂多巴胺对 cAMP 或 PKA 依赖性磷酸化水平的影响，并结合计算模型探索该信号通路。表达 D1 或 D2 多巴胺受体的中型棘突神经元（MSN）分别以 cAMP 升高或降低响应多...
The Distance between N and C Termini of Tau and of FTDP-17 Mutants Is Modulated by Microtubule Interactions in Living Cells.
微管相关蛋白Tau是一种天然无序蛋白，参与多种神经退行性疾病（tauopathies），并在神经原纤维缠结中聚集。Tau如何从结合微管的状态转变为易聚集状态，以及tauopathy相关突变如何影响其在细胞中的行为仍不清楚。为此，作者开发了一种基于全长Tau蛋白的遗传编码FRET生物传感器（CST），用于在活细胞中实时监测Tau构象变...
Biosensing Motor Neuron Membrane Potential in Live Zebrafish Embryos.
本文介绍一套用于在不破坏细胞所处环境完整性的前提下研究细胞通讯的实验方案，重点分析脊髓神经元等可兴奋细胞的电活动。该方案以活体斑马鱼胚胎为模型，利用其神经系统简单、胚胎透明且适合成像的特点，在胚胎发育过程中对脊髓神经元细胞膜上的荧光电压指示器进行原位检测。作者将斑马鱼胚胎与基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器 Mermaid...
Spatial analysis of Cdc42 activity reveals a role for plasma membrane-associated Cdc42 in centrosome regulation.
小 GTP 酶 Cdc42 调控多种细胞过程的能力依赖于其活性的严格空间控制。Cdc42 功能在质膜（PM）研究最充分，可调控细胞骨架和细胞极性；活性 Cdc42 也存在于高尔基体，但其在高尔基体的作用与调控机制仍不完全清楚。本研究利用 Cdc42 FLARE 生物传感器，结合荧光寿命成像（FLIM）-FRET 的 phasor 分...
An Innovative High-Throughput Screening Approach for Discovery of Small Molecules That Inhibit TNF Receptors.
肿瘤坏死因子受体1（TNFR1）是结合肿瘤坏死因子α或淋巴毒素α并调控炎症通路的跨膜受体。这些配体上调与类风湿关节炎、多发性硬化、克罗恩病等炎症和自身免疫疾病相关。现有抗TNF治疗通过清除游离配体减轻症状，但可能意外抑制配体与脱靶受体结合，引起狼疮样疾病和淋巴瘤风险。因此需要特异性靶向受体而非配体的新小分子。本研究构建了表达于活细胞...
A novel FbFP-based biosensor toolbox for sensitive in vivo determination of intracellular pH.
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...
FRET-based Visualization of PDGF Receptor Activation at Membrane Microdomains.
血小板衍生生长因子受体（PDGFR）感知胞外生长因子并将信号转入细胞内，调控细胞增殖、迁移和存活。关于 PDGFR 位于哪些膜微区以及如何在不同微区调控多种胞内信号通路，仍存在争议。本研究开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的新型 PDGFR 生物传感器，可在活细胞中以高时空分辨率实时检测 PDGFR 活性。为研究膜微区中的亚...
Intravital microscopy of biosensor activities and intrinsic metabolic states.
体内显微镜（IVM）是一种可在活体动物组织中实时检测亚细胞信号或代谢事件的成像工具。然而，在高散射生物组织中成像时，激发光与发射光随深度增加而衰减，深度依赖性信号衰减是 IVM 的主要限制，使定量测量变得困难。因此，IVM 定量分析需要采用内部校准探针，或采用不同于强度测量的信号评估方式。本文描述了如何利用基因编码生物传感器探针的比...
FRET biosensor uncovers cAMP nano-domains at β-adrenergic targets that dictate precise tuning of cardiac contractility.
区室化cAMP/PKA信号在生理和病理过程中具有重要意义，但局部cAMP/PKA信号的性质、调控与功能仍缺乏深入理解。本文报道了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的cAMP传感器CUTie，可以前所未有的精度检测区室化cAMP。CUTie可靶向定位于质膜、肌浆网和肌丝等特定多蛋白复合物，揭示不同位点局部cAMP信号在动力学和幅度上...
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...
Integrated Strategies to Gain a Systems-Level View of Dynamic Signaling Networks.
为在持续变化的环境中存活并正常功能，细胞必须感知周围环境变化并作出相应反应。细胞通过由众多离散信号分子组成的复杂信号网络处理环境信息；网络中的各通路通常高度整合且动态变化，使细胞对单一或多种刺激作出特异且适当的反应。然而，由于许多细胞信号网络规模庞大、结构复杂，往往难以预测其在特定条件下的响应；不同通路间的串扰甚至可能产生与单独分析...
Method for Developing Optical Sensors Using a Synthetic Dye-Fluorescent Protein FRET Pair and Computational Modeling and Assessment.
基于 Förster 共振能量转移（FRET）的生物传感器可用于可视化生物和生理过程，并能在空间与时间维度提供详细信息。在 FRET 型生物传感器中，底物结合会引起两个荧光团相对位置变化，从而改变 FRET 效率，并可在荧光光谱中观察到。因此，其设计需要一种结合配体后发生构象变化的配体结合蛋白。然而，并非所有配体结合蛋白在与荧光蛋白...