Tracking the Dynamic Histone Methylation of H3K27 in Live Cancer Cells.
组蛋白甲基化在染色质重塑和基因组调控中起关键作用，但缺乏能在活细胞中以高时空分辨率可视化这些组蛋白修饰的工具。我们开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器，并将其整合到核小体中，用于监测活细胞中H3K27三甲基化（H3K27me3）。我们还发现，通过调节传感器内部连接肽可显著提高FRET生物传感器性能。改进后的传感器可...
A Rationally and Computationally Designed Fluorescent Biosensor for d-Serine.
溶质结合蛋白（SBP）在配体结合亲和力、热稳定性与构象变化之间形成平衡，可用于小分子运输、传感与趋化。尽管SBP的配体诱导构象变化使其适合作为生物传感器元件，但对其进行蛋白质工程改造难度较大。本研究通过理性设计与计算设计，将一种D-丙氨酸特异性SBP改造为对信号分子D-丝氨酸具有选择性的荧光传感器D-serFS。该传感器通过结合位点...
An improved macromolecular crowding sensor CRONOS for detection of crowding changes in membrane-less organelles under stressed conditions.
无膜细胞器（MLOs）由液-液相分离（LLPS）形成，在生物过程中发挥关键作用。LLPS 过程中蛋白和核酸高度浓缩，导致构象与功能改变；MLO 中 LLPS 稳态紊乱可能与肌萎缩侧索硬化等致命疾病相关，因此检测 MLO 内大分子拥挤程度变化很重要，但缺乏合适方法。为此，作者开发了一种遗传编码的大分子拥挤传感器 CRONOS（含 mN...
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...
Characteristic ERK1/2 signaling dynamics distinguishes necroptosis from apoptosis.
ERK1/2在细胞死亡中的作用仍不清楚，尽管其动态调控对细胞命运决定具有重要意义。为阐明ERK1/2如何参与两种程序性死亡程序，作者在L929细胞中研究了hFasL诱导的凋亡和TNF诱导的坏死性凋亡过程中的ERK1/2信号动态。结果显示，抑制ERK1/2可增强凋亡敏感性，但延迟坏死性凋亡。利用改进的ERK1/2生物传感器EKAR4....
TC10 regulates breast cancer invasion and metastasis by controlling membrane type-1 matrix metalloproteinase at invadopodia.
在乳腺癌转移过程中，癌细胞侵袭依赖于富含肌动蛋白的突起结构侵袭足，其通过降解细胞外基质推动侵袭级联。本研究证明，Cdc42亚家族p21小G蛋白TC10调控侵袭足处膜型基质金属蛋白酶-1（MT1-MMP）驱动的基质降解。TC10对于MT1-MMP在侵袭足细胞膜表面的暴露是必需的。作者利用所构建的Förster共振能量转移（FRET）生...
Correcting Artifacts in Ratiometric Biosensor Imaging; an Improved Approach for Dividing Noisy Signals.
FRET 生物传感器比率成像的准确性受信噪比限制，尤其在细胞边缘等低体积区域，背景扣除和除以小数值会产生明显伪影。本文提出噪声校正因子（NCF）方法，不再分别对分子和分母做背景扣除，而仅从 FRET 分子中扣除一个由背景噪声分布或高信噪比区域比率推导的校正因子，从而避免边缘处除以弱信号造成的偏差。作者首先用均匀分布且不相互作用的 m...
Integration of FRET and sequencing to engineer kinase biosensors from mammalian cell libraries.
Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器因灵敏度有限而应用受限。本文提出一种将高通量 FRET 分选与下一代测序（FRET-Seq）相结合的策略，利用自激活 FRET（saFRET）生物传感器，直接在哺乳动物细胞大规模文库中鉴定具有不同底物序列的高灵敏激酶传感器。作者以 Fyn 和 ZAP70 激酶为对象，通过融合活性激酶...
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...
An L-2-hydroxyglutarate biosensor based on specific transcriptional regulator LhgR.
L-2-羟基戊二酸（L-2-HG）参与碳饥饿响应、肿瘤发生和缺氧适应等多种生理过程，但尚无特异性识别L-2-HG的调控因子。本研究基于细菌基因组邻近分析，在Pseudomonas putida W619中鉴定到LhgO编码基因上游的GntR家族转录调控因子LhgR。LhgR可结合并抑制lhgO启动子转录，而L-2-HG作为其特异性效...
A yeast FRET biosensor enlightens cAMP signaling.
出芽酵母中的 cAMP-PKA 信号级联调控细胞对变化环境的适应。作者开发了 yEPAC，一种基于 FRET 的酵母 cAMP 生物传感器，并结合同步流式细胞术，在突然营养转换过程中对单细胞水平的动态 cAMP 变化进行高通量定量。研究发现，特征性 cAMP 峰能够区分不同碳源转换，并在单细胞间较为均一，尤其向葡萄糖转换时最为明显。...
A biosensor for the direct visualization of auxin.
吲哚-3-乙酸（IAA，又称生长素）是植物最重要的调控小分子之一，其动态重分配在细胞形态、分裂、器官发生以及对光和重力响应中起关键作用。目前尚无法在细胞分辨率下直接测定生长素的时空分布，通常只能借助依赖内源生长素响应机制的不可逆过程间接推断，因而无法捕捉瞬时变化。本文报道了一种遗传编码生物传感器 AuxSen，用于在活体中定量可视化...
Simultaneous readout of multiple FRET pairs using photochromism.
FRET 可在原位探测分子结合，但多个 FRET 对同时测量常受供体与受体荧光团光谱带宽限制。本文提出利用供体荧光团的光致变色区分光谱重叠的 FRET 对，即使相关荧光团的吸收和发射光谱几乎相同。作者建立了该方法的理论框架，并通过数值模拟验证其可行性。为应用该系统，作者开发了用于 cAMP 依赖性蛋白激酶 A（PKA）的光致变色生物...
CUTie2: The Attack of the Cyclic Nucleotide Sensor Clones.
利用遗传编码FRET传感器在活细胞中检测小分子，已革新了对亚细胞水平信号通路的理解。然而，由于多肽尺寸大且构象可变性高，将荧光蛋白与特异性结合域工程化为新传感器仍具挑战，FRET传感器设计仍依赖模糊结构概念和连接子/蛋白模块的试错组合。作者此前设计了cAMP FRET传感器CUTie，可在活细胞中实现亚微米分辨率。本文结合序列与结构...
Development of a SARS-CoV-2-derived receptor-binding domain-based ACE2 biosensor.
全球新冠疫情暴发及严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）快速传播对人类健康构成重大威胁。人源血管紧张素转换酶2（hACE2）与SARS-CoV-2刺突糖蛋白受体结合域（RBD）的结合是启动感染的关键机制。尽管该蛋白相互作用十分重要，但目前仍缺乏在细胞水平观察其活性的检测方法。本文开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET...
The transmembrane peptide DWORF activates SERCA2a via dual mechanisms.
肌浆网钙ATP酶2a（SERCA2a）将心肌细胞胞质Ca2+泵入肌浆网，促进舒张期松弛；胞质Ca2+异常升高是心力衰竭的关键因素，增强SERCA2a活性具有治疗潜力。SERCA2a受磷酸兰尼碱（PLB）抑制，跨膜肽DWORF（dwarf open reading frame）被认为可通过置换PLB增强肌浆网Ca2+摄取和心肌收缩力。...
Temperature-Induced uncoupling of cell cycle regulators.
早期发育包含可重复且对环境波动稳健的复杂形态变化序列。为研究可重复性与稳健性的关系，作者在不同温度下检测果蝇早期胚胎的细胞周期进展。结果显示，在 5–35°C 范围内，细胞周期各步骤的划分总体保守，但各步骤的相对持续时间随温度变化。低温下进入前中期的时间相对其他细胞周期事件明显延迟，提示其受不同于其他步骤的调控机制控制。作者利用活体...
Metalloprotease ADAMTS-1 decreases cell migration and invasion modulating the spatiotemporal dynamics of Cdc42 activity.
ADAMTS（含血小板反应蛋白基序和金属蛋白酶域的血栓反应蛋白基序金属蛋白酶）是一类依赖Zn2+/Ca2+的分泌型蛋白酶，参与细胞外基质重塑及多种生理病理过程。本研究探讨ADAMTS-1是否参与细胞侵袭与迁移及其机制。作者通过条件培养基处理或CRISPR/Cas9敲除，改变卵巢癌细胞（CHO、NIH-OVCAR-3、ES-2）和NI...
Identification of guanine nucleotide exchange factors that increase Cdc42 activity in primary human endothelial cells.
Rho GTPase 家族参与肌动蛋白动力学并调控内皮屏障功能，其中 Cdc42 是主要的促屏障 Rho GTPase。目前内皮细胞中 Cdc42 信号网络的调控机制仍缺乏分子细节。本研究聚焦于内皮细胞中表达的 15 种 Rho 鸟苷酸交换因子（GEF），利用单细胞 FRET 生物传感器在原代人脐静脉内皮细胞中监测其对 Cdc42 ...