Dendritic geometry shapes neuronal cAMP signalling to the nucleus.
神经元具有复杂树突树，在不同距离接收大量输入，但分子信号从树突向细胞核传播的规则尚不清楚。DARPP-32 是纹状体输出神经元中受磷酸化调控的信号枢纽。作者结合扩散-反应建模与活细胞成像，研究 cAMP 激活的 DARPP-32 信号如何到达细胞核。模型预测，由于树突直径沿分支逐级减小，在次级树突中产生 cAMP 对细胞核的影响最大...
Laser-induced shockwave paired with FRET: a method to study cell signaling.
体内细胞会受到多种力学刺激，但细胞响应机械刺激的细节仍不清楚。本文证明，将激光诱导冲击波（LIS）与基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器相结合，是研究单活细胞生物过程的一种有前景的新方法。作为概念验证，作者利用FRET钙生物传感器D3CPV，在激光诱导冲击波作用下观察到牛动脉内皮细胞释放胞内钙。在所用激光参数下，细胞保持原有...
Higd1a is a positive regulator of cytochrome c oxidase.
细胞色素c氧化酶（CcO）是线粒体氧化磷酸化中唯一利用氧气建立质子梯度的酶。尽管低氧可增强CcO活性，其调控机制长期不明。作者在大鼠新生心肌细胞中筛选低氧诱导基因，发现低氧诱导结构域家族成员1A（Higd1a）是CcO的正调控因子。重组Higd1a可直接整合入高纯度牛心CcO复合物，并将其活性提高约2倍。共振拉曼光谱显示，Higd1...
cAMP assay for GPCR ligand characterization: application of BacMam expression system.
环磷酸腺苷（cAMP）是多种G蛋白偶联受体（GPCR）的第二信使，细胞内cAMP水平变化常被用于评估GPCR特异性配体的生物活性。FRET生物传感器已用于cAMP检测，其比率敏化发射（SE）检测可在荧光微孔板读仪上实施，但需要细胞表达足够且可重复的传感器蛋白。本章介绍利用BacMam杆状病毒转导系统实现cAMP FRET生物传感器（...
Heterogeneity in ERK activity as visualized by in vivo FRET imaging of mammary tumor cells developed in MMTV-Neu mice.
人表皮生长因子受体2/Neu（HER2/Neu）在约30%的乳腺癌中过表达，主要通过Ras–Raf–MEK–ERK通路传递生长信号，但乳腺癌组织中ERK活性高低与预后关系仍有争议。为阐明ERK活性在乳腺癌进展中的作用，作者将MMTV-Neu转基因小鼠与表达ERK荧光共振能量转移（FRET）生物传感器EKAREV的转基因小鼠杂交，利用...
The spatio-temporal dynamics of PKA activity profile during mitosis and its correlation to chromosome segregation.
蛋白激酶A（PKA）调控细胞周期等多种细胞过程。本研究利用遗传编码的FRET生物传感器，基于AKAR衍生的AKAREV探针，在活HeLa细胞中以单细胞水平表征有丝分裂过程中PKA活性。结果显示，HeLa细胞进入中期后PKA活性显著升高，并维持至胞质分裂/末期结束。采用AKAREV T>A失活突变体和H89抑制剂验证了所测PKA活性的...
Toward understanding RhoGTPase specificity: structure, function and local activation.
细胞黏附与迁移受细胞骨架动力学和黏附蛋白协同调控，其活性由 RhoGTPases 决定。RhoA、RhoB 和 RhoC 序列高度同源，却可产生不同的细胞反应。本文综述 RhoGTPase 特异性信号的结构基础、功能机制与局部激活方法。作者重点讨论 G 结构域、switch I/II、Rho insert 区、C 端超变区、CAAX...
Rho GTPase isoforms in cell motility: Don't fret, we have FRET.
Rho家族p21小GTP酶直接调控基于肌动蛋白的运动机器，在细胞迁移控制中起关键作用。除经典且研究最充分的RhoA、Rac1和Cdc42外，这些关键蛋白的多个亚型已被鉴定，并显示在多种细胞运动过程中具有特定功能。研究亚型特异性效应的主要困难在于，各亚型一级氨基酸序列高度相似，因此可与相同上游调控因子和下游效应靶点相互作用。本文介绍各...
Monitoring the dynamics of Src activity in response to anti-invasive dasatinib treatment at a subcellular level using dual intravital imaging.
优化酪氨酸激酶抑制剂在肿瘤中的疗效仍是重要研究方向。活体成像可作为药物发现工具，用于在活体肿瘤中实时监测药物靶点特异性荧光共振能量转移（FRET）生物传感器，从而深入了解药物在肿瘤内的递送与药效动力学。本文概述了作者近期利用 Src-FRET 生物传感器作为 Src 激酶活性读出指标，评估达沙替尼（dasatinib）不同给药方案下...
RhoA and membrane fluidity mediates the spatially polarized Src/FAK activation in response to shear stress.
Src 激酶在剪切应力诱导的血管细胞反应中起关键作用，但高剪切应力（HSS）诱导 Src 激活的亚细胞时空模式仍不清楚。本研究对牛主动脉内皮细胞（BAECs）施加 65 dyn/cm2 的 HSS，利用基于荧光共振能量转移（FRET）的膜靶向 Src 生物传感器 Kras-Src，在亚细胞水平实时可视化 Src 激酶活性。结果显示，...
Steady-state acceptor fluorescence anisotropy imaging under evanescent excitation for visualisation of FRET at the plasma membrane.
本文提出一种将全内反射荧光（TIRF）显微镜与稳态受体荧光各向异性测量相结合的活细胞成像系统，用于在细胞质膜处进行 Förster 共振能量转移（FRET）成像。作者直接比较了偏振分辨 TIRF 与透射荧光激发下的成像性能，并针对高数值孔径物镜在 TIRF 中引入的额外去极化效应进行了校正。该系统通过测量 Raichu-Cdc42 ...
Ca(2+) signaling in arterioles and small arteries of conscious, restrained, optical biosensor mice.
本研究利用双光子荧光显微镜和有意识固定光学生物传感器小鼠，原位检测小鼠耳部小动脉平滑肌细胞内钙离子（[Ca2+]i）。ExMLCK 小鼠在平滑肌中表达遗传编码 FRET 钙指示剂 exMLCK，并植入血压遥测装置以维持正常平均动脉压（MAP）和交感神经活动（SNA）。固定后有意识小鼠 MAP 为 101±4 mmHg，与自由活动 1...
The use of a stably expressed FRET biosensor for determining the potency of cancer drugs.
许多抗癌药物旨在通过诱导凋亡杀死癌细胞，但用于测定这些产品生物活性的效价检测通常为细胞活力检测，无法区分细胞死亡与生长抑制。本文报道了一种基于细胞的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器，用于测定诱导凋亡类抗癌药物的生物活性。该传感器由青色荧光蛋白（CFP）通过 caspase 3 和 caspase 8 特异性切割识别序列连接黄色...
Biosensor architectures for high-fidelity reporting of cellular signaling.
理解细胞信号网络的信息处理机制，需要在活细胞中对特定信号蛋白的活性进行定量测量。生物传感器是用于直接追踪信号蛋白活性的分子探针，其应用正在革新信号转导研究。现有定量分析通常假设生物传感器活性与其所追踪的信号蛋白活性近似线性相关。本文针对常见单链 FRET 生物传感器架构建立机制数学模型，同时纳入分子内与分子间反应，检验该线性假设的有...
Converting a binding protein into a biosensing conformational switch using protein fragment exchange.
生物传感器可用于疾病生物标志物识别以及活细胞内特定分子时空分布检测。当前主要挑战是如何将生物识别域与输出模块功能偶联，使结合事件转化为可见且可定量的信号，例如 Förster 共振能量转移（FRET）。多数设计依赖结合蛋白与靶标相互作用后发生构象变化，但天然具有此类变构机制的蛋白很少，且构象变化常不足以产生足够大的供体-受体距离变化...
Plasticity of the MAPK signaling network in response to mechanical stress.
细胞对机械输入表现出多样响应，有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联介导机械刺激后的生物学效应。尽管 MAPK 通路可相对独立运行，但多种机制促进级联组分间串扰；然而潜在分子相互作用的组合复杂性阻碍了对协同功能的理解。为分析 MAPK 信号网络对机械应力的可塑性，作者在静息和拉伸条件下进行非饱和上位性筛选，并以 JNK 响应型 dJ...
The regulation of β-adrenergic receptor-mediated PKA activation by substrate stiffness via microtubule dynamics in human MSCs.
细胞机械微环境对细胞功能具有重要影响，基质刚度可指导干细胞分化，但其机制尚不清楚。本文报道，在人源间充质干细胞（HMSCs）中，基质刚度可调节细胞对β-肾上腺素受体（β-AR）激动剂异丙肾上腺素（ISO）的反应。基于荧光共振能量转移（FRET）的A激酶活性报告蛋白（AKAR2）显示，软基质上ISO诱导的蛋白激酶A（PKA）活性较低，...
A new genetically encoded single-chain biosensor for Cdc42 based on FRET, useful for live-cell imaging.
Cdc42 是调控细胞极性、细胞骨架重排、迁移和膜转运等多种形态发生过程的关键小 GTP 酶，其激活动态需精确调控。为在活细胞中直接观察 Cdc42 激活，作者开发并验证了一种新的 Cdc42 激活生物传感器。该传感器为遗传编码、单链设计，可正确定位到膜区室，并能与其上游调控因子鸟嘌呤核苷酸解离抑制因子（GDI）相互作用。作者在小鼠...
A long lasting β1 adrenergic receptor stimulation of cAMP/protein kinase A (PKA) signal in cardiac myocytes.
小分子配体激活的G蛋白偶联受体通常被认为在反复或持续刺激后数分钟内通过受体磷酸化和内化迅速脱敏，这与许多长期细胞和生理反应相矛盾。本研究利用基于FRET的cAMP生物传感器进行活细胞成像，并结合心肌细胞收缩实验，发现儿茶酚胺激活的β1肾上腺素能受体（β1AR）在原代心肌细胞和神经元中持续刺激腺苷酸环化酶（AC）合成第二信使cAMP，...
Biological factors in plasma from diabetes mellitus patients enhance hyperglycaemia and pulsatile shear stress-induced endothelial cell apoptosis.
糖尿病患者易发生血管并发症，其核心是内皮功能障碍和内皮细胞凋亡。虽然高血糖和流体剪切应力可诱导内皮细胞功能障碍，但糖尿病患者血浆中生物因子对模拟生理脉动血流条件下内皮完整性的影响尚不清楚。本研究开发了一种血流动力学微流控芯片系统，将脉动流施加于表达荧光共振能量转移（FRET）型 caspase-3 生物传感器的内皮细胞单层；该传感器...