基于荧光、可基因编码的生物传感器是实时分析生物过程的常用工具。过去几十年，可基因编码生物传感器的数量及其可监测的生物学过程类型迅速增加。本文旨在向读者介绍生物传感器开发的一般原则与实践，并突出生物传感器如何帮助阐明生物学功能中的关键问题。文章重点讨论用于监测激酶活性的传感器，并以其说明传感器设计中的常见考量。文中还描述了激酶和第二信...
环磷酸腺苷（cAMP）和cAMP依赖性蛋白激酶A（PKA）调控几乎所有真核细胞中的多种细胞功能。在神经元中，cAMP/PKA信号级联控制轴突生长、路径寻找、突触传递效能、兴奋性调节及长期变化等生物学特性。针对cAMP或PKA的基因编码光学生物传感器通过在活神经元中提供实时测量，显著加深了人们对这些过程的理解。本综述描述了cAMP或P...
本研究利用双色肌浆/内质网钙泵（SERCA）生物传感器和新型高通量荧光寿命读板仪（FLT-PR），建立了一种用于筛选扰动 SERCA 结构的小分子的高精度活细胞检测体系。该体系将红色荧光蛋白（RFP）融合于 SERCA N 端，将绿色荧光蛋白（GFP）融合于 N 域内部环，并在可单层或悬浮生长的 HEK 细胞系中稳定表达。通过 FL...
高通量筛选旨在鉴定干扰蛋白质功能、活性或构象的小分子，可作为研究生理过程、通路或疾病模型靶点的化学生物学工具，并为药物化学中的治疗剂开发提供模板。荧光生物传感器是药物发现程序中极具吸引力的强有力工具，可应用于高通量筛选、命中化合物筛选后表征、先导化合物优化以及候选药物临床前评价。它们能够筛选选择性靶向酶活性、构象和/或功能的抑制剂，...
在胰腺胰岛中，高葡萄糖条件下胰岛素分泌伴随全胰岛钙离子同步升高，通常包括快速初始升高和随后持续振荡。传统模型认为葡萄糖代谢使胞内 ATP 升高，关闭 ATP 敏感钾通道，引起膜去极化和钙内流，但胞内 ATP 动态及其与钙信号的关系仍不清楚。本研究利用遗传编码荧光 ATP 生物传感器 GO-ATeam 和钙指示剂 fura-2，在单个...
具有成像能力的生物分子纤维材料在生物应用中日益重要。本研究利用阳离子共轭聚合物（CCPs）通过界面聚电解质复合（IPC）过程，与自然生物大分子DNA和组蛋白自组装构建固有荧光微纤维。等温滴定量热法（ITC）结果表明，纤维形成的驱动力包括静电作用、疏水作用以及反离子和结合水分子的释放。通过DNA、组蛋白与蓝、绿、红（RGB）发射CCP...
大麻素 CB1 受体（CB1）与多巴胺 D2 受体（D2R）均为 G 蛋白偶联受体，均偶联抑制性 Gαi/o 蛋白，激活后可抑制 cAMP 生成。既往研究提示多巴胺系统与内源性大麻素系统之间存在功能串扰。本研究利用共表达两种受体的 HEK-293T 细胞，通过共免疫沉淀实验证实 CB1 与 D2R 可形成复合物。作者进一步构建 D2...
利用遗传编码荧光或生物发光生物传感器在活细胞中进行化合物筛选，是鉴定特定信号事件新型调控分子的有效策略。活细胞筛选可保持完整信号网络，因此不仅针对单一目标分子，还可发现信号网络中任何能够调节该事件的分子；同时只有细胞可渗透或作用于细胞表面受体的化合物会被识别为命中，从而减少后续细胞渗透性优化。本文提供在96孔板中使用遗传编码生物传感...
膜型1基质金属蛋白酶（MT1-MMP）的蛋白水解活性在癌细胞侵袭和转移中起关键作用。为在活癌细胞细胞外质膜表面以高时空分辨率可视化 MT1-MMP 活性，作者开发了一种基因编码荧光生物传感器。该传感器由增强型青色荧光蛋白（ECFP）和黄色荧光蛋白变体（YPet）通过 MT1-MMP 特异性底物肽 CPKESC NL FVLKD 连接...
荧光成像为在活细胞中可视化生物分子时空动态提供了有力手段，前提是具备针对目标分子的荧光生物传感器。本文介绍一种用于脂质第二信使磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸（PI(3,4,5)P3）的基因编码荧光生物传感器。该传感器克服现有脂质分析方法在空间与时间分辨率上的局限，能够明确显示PI(3,4,5)P3浓度不仅在质膜上，而且在高尔基体膜、内...
基因编码的比率型荧光生物传感器可用于在活细胞中定量测量细胞内离子浓度。本文讨论选择钙离子（Ca2+）或锌离子（Zn2+）生物传感器时需要考虑的重要因素，包括传感器的表观解离常数（Kd′）、动态范围、信噪比、亚细胞定位、pH、氧化还原状态、盐浓度以及离子结合/解离速率等。作者还分析了使用此类传感器进行定量测量的限制，并解释同一传感器在...
生物传感器是成像活细胞中蛋白活性亚细胞定位与动力学的重要工具。运动细胞边缘的信号调控细胞突出与回缩，常通过生物传感器研究，但信号行为的异质性限制了定量与解释，需要自动化分析系统从生物传感器研究中提取大数据集进行统计分析。本文描述一种自动化分析方法，将细胞边缘特定点的速度与邻近区域的生物传感器活性关联。程序处理生物传感器图像时间序列，...
蛋白质的翻译后修饰（PTMs）是细胞信号网络中几乎所有动态过程的关键机制。基于荧光蛋白（FPs）的遗传编码报告分子是时空可视化细胞参数的有力工具。因此，常用模块化生物传感器设计已被改造，用于生成多种蛋白基指示器，以监测活细胞中不同 PTM 或相应酶活性，为单个 PTM 的动力学与调控功能提供新的生物学认识。本综述描述聚焦 PTM 的...
RhoA 与 RhoC GTP 酶氨基酸序列相似度达 92%，但在细胞迁移和形态调控中发挥不同作用。为解析二者差异，作者开发并验证了一种 RhoC 激活生物传感器 RhoC FLARE，并与已有 RhoA 生物传感器联合使用，比较细胞突起/回缩和巨胞饮过程中 RhoA 与 RhoC 活性的时空动态。结果显示，两种 GTP 酶在细胞边...
基质力学通过调节整合素与细胞外基质（ECM）蛋白的结合控制细胞命运。然而，纤连蛋白（FN）、I 型胶原及其整合素亚型如何不同地传递力学信号并调控黏着斑激酶（FAK）活性仍不清楚。本研究利用基于荧光共振能量转移（FRET）的遗传编码 FAK 生物传感器发现，FN 介导的 FAK 激活依赖机械张力，张力可暴露原本隐蔽的 FN 协同位点以...
体液搜寻常是法医调查的关键环节。确认现场体液存在不仅可支持或反驳受害者、嫌疑人或证人的陈述，还可为后续身份识别提供重要DNA来源。然而，现有生物体液检测技术存在若干明确局限：常出现假阳性、不能同时检测多种体液、破坏样本且无法直观定位体液沉积物，这些缺陷可能因遗漏或误读证据而影响案件结果。生物传感器可将生物识别事件转换为可测量信号，实...
tau蛋白聚集见于阿尔茨海默病等多种tau病，细胞外tau聚集体介导的跨细胞传播可能驱动疾病进展。P301S tau转基因小鼠表达突变人tau并逐渐形成tau病理。作者利用细胞基生物传感器检测P301S脑裂解液中的tau种子活性，筛选能阻断该种子活性的抗tau单克隆抗体。将三种有效抗体或对照经侧脑室持续输注3个月后，抗体显著降低高磷...
高血压中动脉狭窄只能源于动脉结构重塑或平滑肌收缩增强，后者可伴或不伴细胞内钙浓度（[Ca2+]i）升高。本研究利用表达 Ca2+/calmodulin FRET 生物传感器的转基因小鼠，通过皮下持续输注血管紧张素 II（Ang II，400 ng kg−1 min−1，2–3 周）建立高血压模型，并在活体麻醉小鼠中用荧光显微镜同时测...
过去十年，量子点（QD）生物传感器不断涌现，但受限于可重复性、稳定性和稳健性不足，QD 尚未成为临床诊断中的标准荧光试剂。本文报道了一种基于铽（Tb）供体与 QD 受体的比率型、可多重 FRET 均相免疫分析方法，用于低体积血清样品中前列腺特异性抗原（PSA）的检测。该方法利用时间门控检测和两种不同颜色的 QD，在 50 μL 血清...
三磷酸腺苷（ATP）是所有生物体主要的能量货币，但多细胞生物体内ATP水平的时空动态仍不清楚。本研究对基因编码的Förster共振能量转移（FRET）型ATP生物传感器ATeam进行改造，以优化其在低温下的ATP亲和力。原AT1.03在37°C对ATP的解离常数约为3 mM，在25°C降至约0.6 mM，低于生理ATP浓度，导致低温...