在细胞间通讯中，物理与生化线索的相互作用对信息交换和功能协调至关重要，但在单个活细胞中可视化细胞间信号动态仍具挑战。本文报道一种基于激光微剪刀和 Förster 共振能量转移（FRET）显微镜的光学方法，用于研究细胞间信号传递。首先，利用高通量筛选平台开发了高灵敏 FRET 生物传感器 SCAGE，用于监测细胞间相互作用和信号级联的...
在脊椎动物发育过程中，细胞外信号调节激酶（ERK）可被成纤维细胞生长因子（FGF）等生长因子激活，并参与眼、脑、体节、肢体和内耳等组织器官的形成。然而，目前缺乏能够在整个脊椎动物胚胎体内实时监测 ERK 活性动态的实验系统。本研究构建了稳定且泛表达 FRET 型 ERK 生物传感器的转基因斑马鱼品系 Tg[ef1α:ERK bios...
Rho GDP解离抑制因子α（RhoGDIα）是Rho家族GTP酶的重要负调控因子，通过关闭GDP/GTP循环和细胞质/膜转位来调控细胞迁移。然而，目前尚缺乏直接研究层流剪切应力如何激活RhoGDIα–Rho GTPase复合物的工具。本研究基于荧光共振能量转移（FRET）技术构建了一种新型生物传感器sl-RhoGDIα，用于在活H...
本研究表征了一组肿瘤细胞系，发现其染色体不稳定性（CIN）与异常动粒-微管连接的高发生频率相关。若这些缺陷连接在有丝分裂后期启动前未被纠正，将导致染色体错误分离。Aurora B激酶富集于内着丝粒，参与多种动粒功能，其中包括纠错。对多个CIN细胞系的分析显示，Aurora B激酶的许多功能基本正常，且CIN细胞动粒上Aurora B...
细胞外调节激酶（ERK）在胸腺 T 细胞发育中发挥关键作用，但 ERK 活性动态及其对胸腺细胞运动性的调控仍因技术限制而不清楚。为在胸腺细胞中实时可视化 ERK 活性，作者构建了从 ROSA26 位点表达基于 Förster/荧光共振能量转移（FRET）的 ERK 生物传感器 EKAREV 的敲入报告小鼠。对报告小鼠来源胸腺细胞的活...
细菌周质结合蛋白（PBP）在配体结合后会发生显著构象变化，可被用于监测配体浓度。构建此类生物传感器的常用策略是采用 Förster 共振能量转移（FRET）信号：在 PBP 上连接两个荧光蛋白（FP）或两个不同颜色的有机荧光染料，使光学读出信号与配体浓度相关。本研究在单分子水平比较了基于大肠杆菌葡萄糖/半乳糖结合蛋白 MglB 的荧...
在细胞分裂过程中，复制后的遗传物质被分配到两个子细胞，这一过程对发育中的组织形成和成体组织完整性至关重要。为保证分裂的准确性与效率，细胞利用多种调控和信号蛋白作为有丝分裂调控因子和检查点蛋白。Polo样激酶1（PLK1）是Polo样激酶家族中高度保守的关键有丝分裂调控激酶，与PLK2-5不同，PLK1特异性地在有丝分裂期调控细胞分裂...
2-氧代戊二酸（2-OG，α-酮戊二酸）是三羧酸循环中间物，也是碳氮代谢和多种生物过程的重要信号分子。为在活细胞内测量其浓度与动态变化，作者基于荧光共振能量转移（FRET）技术设计了一组可用于不同生物体的生物传感器。该传感器利用两种蓝细菌蛋白 PII 和 NtcA 在结合 2-OG 后发生的构象变化，将供体荧光蛋白 mTurquoi...
坏死性凋亡是一种依赖受体相互作用蛋白激酶3（RIPK3）和混合谱系激酶结构域样蛋白（MLKL）的受调控坏死形式。危险相关分子模式（DAMPs）从死亡细胞释放并参与多种病理过程，但其释放机制尚不清楚。本文开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器 SMART，用于监测 RIPK3 介导的 MLKL 激活。SMART 由 M...
Pin1是一种肽基脯氨酰顺反异构酶（PPIase），通过识别并结合磷酸化蛋白调控其活性与稳定性。Pin1由PPIase结构域和WW结构域组成，二者均对其功能必不可少，但二者在结合磷酸化蛋白后如何发生行为变化尚不清楚。本研究构建了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器CPinY，其结构为CFP-Pin1-YFP_cp195融...
基于FRET的生物传感器实验是解析心肌细胞复杂信号网络时空动态的有力工具，但成年小鼠心肌细胞长期培养困难，限制了遗传小鼠模型的应用。本研究建立了适用于成年小鼠心肌细胞的培养条件，使腺病毒介导的FRET生物传感器能够稳定表达并实现可重复的FRET检测。在含10 mM HEPES和0.2% BSA的最小必需培养基中加入6.25 µM b...
肾单位祖细胞（nephron progenitors, NPs）的体内微环境及其基本细胞特性仍不清楚。本研究利用表达 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器的转基因小鼠，对胚胎肾中 ERK 活性进行活体成像，发现 NPs 中 MAPK/ERK 通路呈动态激活模式，而正在分化的肾单位前体细胞则表现为持续性激活。遗传学实验表...
为克服细胞间差异并有效评估生物网络中的信号传播，需要在单个活细胞中同时定量多个生物学可观测量。荧光生物传感器常用于监测蛋白相互作用和酶活性，但同步测量超过两个参数仍具挑战。本研究设计了三种光谱分离的各向异性 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器，以克服该困难。作者以凋亡刺激下外源、内源和效应半胱天冬酶（caspase ...
自动细胞分割是活细胞荧光成像中单细胞分辨率定量信号动态的有力方法。单核圆形细胞的分割方法已广泛开发，但针对分化 C2C12 肌管等细长多核细胞的分割方法尚未建立。此外，肌管周围存在未分化储备细胞，使背景区域识别和后续定量困难。本文开发了一种基于二值图像求和的 watershed 分割与双组分高斯混合模型的肌管自动定量分割方法。我们使...
复杂细胞行为需要动态调控非肌球蛋白II（NMMII）调节轻链（RLC）磷酸化。本文报道一种基于同源转移荧光共振能量转移（FRET）的遗传编码生物传感器策略，用于在活细胞和生物体中追踪 RLC 磷酸化。荧光蛋白标记的 RLC 在去磷酸化构象中发生 FRET，因此可通过荧光偏振/各向异性成像识别并定量 RLC 磷酸化。该方法兼容多种荧光...
细胞外调节激酶（ERK）是决定细胞增殖、分化和迁移等命运的关键调控分子。本文提出一种用于在时间分辨生长因子刺激下学习 ERK 动力学的新型实验流程。遗传编码的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器具有高信噪比，可在每个时间点获取大量单细胞 ERK 活性；计算机控制微流控则精细调节刺激的时间模式。利用该平台，作者观察到静态表皮生长因子...
哺乳动物组织对近红外（NIR）光相对透明，因此由细菌光敏色素工程改造得到的NIR荧光蛋白（FPs）已成为非侵入活体成像的常用探针。近年来，这些遗传编码NIR探针在亮度、单体化、光谱特性和生物传感器兼容性方面显著提升，使此前难以实现的成像实验成为可能。本文综述单体NIR荧光蛋白与NIR生物传感器如何与常见绿色荧光蛋白（GFP）探针及蓝...
小GTPase作为分子开关，通过GDP/GTP结合循环调控植物抗病、花粉管生长、根毛发育、细胞壁模式形成和激素响应等过程，因此监测其在植物细胞内的激活状态是理解其功能的关键。本研究建立了一种植物版Förster共振能量转移（FRET）探针，即Ras与相互作用蛋白嵌合单元（Raichu），用于在活体水稻细胞中监测水稻小GTPase O...
在干细胞分化中，关键信号分子如何受生化因子与物理刺激共同调控仍不清楚。本研究检测细胞外调节激酶（ERK）的时间动态，以阐明机械化学线索对平滑肌细胞（SMC）分化中ERK磷酸化的共同调控。作者将基于荧光共振能量转移（FRET）的ERK生物传感器转染至间充质干细胞（MSC），评估纳米图案基底、生长因子和药物对ERK活性的影响，并关联SM...
组织学长期依赖苏木精-伊红（H&E）染色，但活体多光子成像尚未充分利用，因为缺乏合适的形态标记。本文报道一种遗传编码荧光形态标记 NuCyM（Nucleus, Cytosol, and Membrane），旨在活体内重现 H&E 染色模式。作者利用 ROSA26 细菌人工染色体（BAC）构建普遍表达 NuCyM 的转基因小鼠。NuC...