Computer-aided design of DNA origami structures.
DNA折纸方法能够构建复杂的纳米尺度对象，可用于组织分子组分并作为可重构机械装置。对合成生物学而言，DNA折纸结构可递送至细胞内执行复杂的感知-响应任务，也可作为支架组织酶以增强合成。DNA折纸结构的设计较为复杂，通常需借助专用软件完成。本章介绍利用多种先进软件工具设计DNA折纸结构的流程。首先阐述计算DNA双螺旋之间交叉点位置的基...
A novel biosensor for quantitative monitoring of on-target activity of paclitaxel.
本研究描述一种定量监测紫杉醇在靶活性的系统，以α-微管蛋白C端为生物标志物。紫杉醇稳定微管后，α-微管蛋白C端发生特异性去酪氨酸化，可用于评估药效。作者合成了基于FRET的生物传感器，由对应α-微管蛋白C端的短肽、荧光团Abz和淬灭剂Dnp组成；肽末端荧光团可在酶促去酪氨酸化后释放。此外，将单个荧光标记肽连接到介孔二氧化硅纳米粒子上...
A novel biosensor based on single-layer MoS2 nanosheets for detection of Ag(+).
本文首次将单层二硫化钼（MoS2）纳米片用作荧光猝灭剂，构建了一种用于银离子（Ag+）检测的荧光传感方法。为保持 MoS2 的超薄结构，作者采用正丁基锂对块体 MoS2 进行插层，再与水反应并超声剥离，获得具有良好水溶性的单层 MoS2 分散液。该单层 MoS2 可在 5 min 内实现高效荧光猝灭。检测体系以 5'-FITC 标记...
Labeling-free fluorescent detection of DNA hybridization through FRET from pyrene excimer to DNA intercalator SYBR green I.
本文报道了一种以低成本、快速、简便方式实现的无标记荧光复合探针，用于DNA杂交检测。该探针基于芘功能化聚[2-(N,N-二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯]（PFP）的芘激基态向SYBR Green I（SG）的荧光共振能量转移（FRET）机制。探针由带正电的PFP、DNA嵌入染料SG和带负电的单链DNA（ssDNA）组成。加入互补链后，...
Polarized cellular patterns of endocannabinoid production and detection shape cannabinoid signaling in neurons.
神经元轴突与胞体树突区细胞膜组成存在显著差异，可能影响 G 蛋白偶联受体信号。本研究利用高分辨率 FRET 生物传感器成像，测量培养大鼠海马神经元单个轴突、树突和胞体中关键信号组分基础水平的局部变化，探讨 1 型大麻素受体（CB1R）信号特征。内源性 CB1R 激活通过 Gi/o 蛋白和 cAMP 介导，使胞体树突区环磷酸腺苷依赖性...
Visualization of cyclic nucleotide dynamics in neurons.
环磷酸腺苷（cAMP）和环磷酸鸟苷（cGMP）是广泛存在的第二信使，可将激素和神经递质的神经调质信号转导为特定功能输出。它们的生成、降解和信号传递受到时空调控，以实现高特异性信号转导。遗传编码荧光生物传感器的发展，为在培养细胞和活体动物中以前所未有的时空分辨率研究这些多功能第二信使及其下游效应器提供了有力工具。本综述首先介绍这些荧光...
A High-Content Assay for Biosensor Validation and for Examining Stimuli that Affect Biosensor Activity.
生物传感器可用于在体内监测多种蛋白行为，但新传感器的开发与表征往往耗时费力。在传感器设计过程中，需要评估不同结构对特异性、亮度和荧光响应的影响。本文描述一种在 96 孔板格式下使用自动化显微镜进行生物传感器验证的高通量方法。该方法将生物传感器与能够刺激或抑制其报告活性的上游蛋白共表达，从而确定传感器最大激活态与失活态之间的差异，并考...
Time-resolved multifocal multiphoton microscope for high speed FRET imaging in vivo.
在活体系统中实时监测蛋白质相互作用对理解复杂生物学过程至关重要。荧光共振能量转移（FRET）结合荧光寿命成像（FLIM）是监测蛋白-蛋白相互作用最准确的方法之一，但传统激光扫描 FLIM 获取单帧图像需数分钟，难以用于动态活细胞与体内过程。本文提出一种衍射极限、大规模并行、时间分辨多焦点多光子显微镜（MM-FLIM），通过飞秒激光束...
Correlative intravital imaging of cGMP signals and vasodilation in mice.
环磷酸鸟苷（cGMP）是心血管系统重要信号分子和药物靶点，血管一氧化氮（NO）-cGMP通路激活可引起血管舒张，但cGMP信号在健康、疾病及cGMP升高药物治疗中的时空动态，以及特定心血管细胞类型内的cGMP浓度仍不清楚。为在体内分析cGMP信号，作者构建了表达荧光共振能量转移（FRET）型cGMP传感器蛋白的转基因小鼠，并描述了两...
Proteopathic tau seeding predicts tauopathy in vivo.
蛋白聚集体跨细胞传播或朊病毒样种子可能驱动神经退行性疾病进展。在阿尔茨海默病等tau病中，tau种子可沿神经网络经细胞间转移传播病理，但其致病作用尚未验证，且缺乏稳健的生物样本检测手段。作者构建了一种超灵敏、特异且简便的基于FRET的流式细胞术生物传感器检测法，利用稳定表达tau或α-突触核蛋白与CFP/YFP融合蛋白的细胞系，确认...
Electroporation-delivered fluorescent protein biosensors for probing molecular activities in cells without genetic encoding.
荧光蛋白生物传感器通常依赖遗传编码，需要转染质粒并在细胞内表达，因而难以应用于数量稀少、难以转染的原代细胞样本。本研究采用电穿孔将蛋白形式的FRET荧光蛋白生物传感器直接递送至细胞内，无需质粒转染和表达。作者以ECFP/YPet Src FRET报告子为模型，在PDMS微流控通道中完成电穿孔递送、细胞培养与荧光成像。该报告子由Src...
In vitro evaluation of fluorescence glucose biosensor response.
快速、准确且微创的葡萄糖生物传感器对糖尿病管理具有重要意义。基于 Förster 共振能量转移（FRET）的光学葡萄糖传感器有望增强血糖控制，但缺乏在受控条件下评估光学葡萄糖传感器响应的标准体外方法。为此，本文识别了关键性能特征与响应测试方法，制备了基于 FRET 的葡萄糖生物传感器，并利用这些方法表征其性能。该传感器基于葡聚糖与葡...
A Trio-Rac1-Pak1 signalling axis drives invadopodia disassembly.
Rho 家族 GTP 酶调控细胞迁移并参与癌症转移。侵袭足是与侵袭性肿瘤细胞相关的亚细胞结构，对细胞侵袭和转移至关重要。为研究 Rac1 GTP 酶在侵袭足动态中的作用，作者开发了一种遗传编码的单链 Rac1 荧光共振能量转移（FRET）生物传感器。该传感器显示，Rac1 活性被排除在侵袭足核心之外，而在侵袭足消失时活性升高，提示降...
A method for noninvasive longitudinal measurements of [Ca2+] in arterioles of hypertensive optical biosensor mice.
本研究利用双光子 Förster 共振能量转移（FRET）显微镜，对活体“生物传感器”小鼠小动脉中的细胞内钙离子浓度（[Ca2+]）进行连续、非侵入性测量。所用小鼠表达遗传编码钙指示剂（GECI），包括基于 FRET 的 exMLCK 和基于荧光强度的 GCaMP2。exMLCK 的 Rmin 与 Rmax 在离体肠系膜小动脉中测定...
Selective and sensitive homogenous assay of serum albumin with 1-anilinonaphthalene-8-sulphonate as a biosensor.
本研究以1-氨基萘-8-磺酸（ANS）作为色氨酸残基的Förster共振能量转移（FRET）受体和白蛋白（ALB）生物传感器，建立临床血清中ALB的均相选择性检测方法。在280与350 nm激发下，乙醇中游离ANS的470 nm荧光强度比约为1.9，而ALB-ANS复合物约为3.9，支持复合物中存在FRET。在20 mM磷酸钠缓冲液...
Equilibrium and dynamic design principles for binding molecules engineered for reagentless biosensors.
无试剂生物传感器依赖结合分子与靶标之间的相互作用，利用环境敏感荧光团或 Förster 共振能量转移（FRET）产生荧光信号变化。结合亲和力不仅影响平衡响应，也显著影响动态响应特性。本文建立了用于评价无试剂生物传感器动态性能的动力学模型，并以正弦变化的配体浓度作为输入信号。结果表明，最优设计应使结合基团的平衡解离常数（KD）与预期平...
Live cells imaging using a turn-on FRET-based BODIPY probe for biothiols.
本文设计并合成了一种红色发射的开启型FRET分子探针1，用于选择性检测半胱氨酸（Cys）和同型半胱氨酸（Hcy）。探针1在硫醇作用下，其受体末端的2,4-二硝基苯磺酰基（DNBS）被裂解，导致荧光显著增强。探针前体BNM153为中等量子产率的FRET染料，由低量子产率（<1%）BODIPY供体BDN通过1,3-三嗪桥连接高量子产率B...
Role of membrane microdomains in compartmentation of cAMP signaling.
将 cAMP 生成限制在特定亚细胞位置可选择性调控功能反应，但 cAMP 信号如何被限制仍不清楚。负责 cAMP 生成的不同受体和腺苷酸环化酶亚型在质膜脂筏与非脂筏区室中分布不均。本研究在 HEK293 细胞中考察膜微区对 cAMP 反应的组织作用。使用自由扩散的 FRET 型生物传感器 Epac2-camps 测量全局 cAMP ...
Fluorescent sensors for activity and regulation of the nitrate transceptor CHL1/NRT1.1 and oligopeptide transporters.
为在活体中监测硝酸盐和肽转运活性，作者将双亲和性硝酸盐转运受体 CHL1/NRT1.1/NPF6.3 及四个相关寡肽转运体 PTR1、PTR2、PTR4 和 PTR5 改造为荧光活性传感器 NiTrac1 和 PepTrac。将转运体分别与黄色荧光蛋白和 mCerulean 融合并在酵母中表达后，加入底物可引发依赖底物的供体猝灭或共...
An intriguing pH-triggered FRET-based biosensor emission of a pyrazoline-doxorubicin couple and its application in living cells.
本文报道了一种由吡唑啉衍生物（PYZ）和多柔比星（DOX）组成的 pH 驱动 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器，并用于 HepG2 活细胞生物成像。PYZ 作为荧光供体，DOX 作为荧光受体；在中性 pH 下 PYZ 在 375 nm 激发下产生弱绿色发射（约 485 nm），加入 DOX 后发生 FRET。随着 ...