Versatile Cell and Animal Models for Advanced Investigation of Lead Poisoning.
重金属铅（Pb）可不可逆损伤人体神经系统。为理解铅诱导损伤，作者将遗传编码 FRET 型铅生物传感器 Met-lead 1.44 M1 应用于两种活系统监测铅浓度：iPSC 来源心肌细胞作为半组织平台，黑腹果蝇作为体内动物模型。不同 FRET 成像模式获取代表铅存在的信号，并在不同空间维度呈现。在 iPSC 心肌细胞中，荧光信号波动...
Regulation of local GTP availability controls RAC1 activity and cell invasion.
活细胞中 GTP 的生理变化一直未被认为能调控 RAC1 激活，因为色谱或质谱测得的胞内 GTP 浓度远高于体外测定的 RAC1-GTP 解离常数（Kd）。本文结合遗传编码 GTP 生物传感器与 RAC1 活性生物传感器，证明在活细胞中，围绕 RAC1-GTP Kd 波动的 GTP 水平与 RAC1 活性变化相关。此外，RAC1 在...
Biosensors based on peptide exposure show single molecule conformations in live cells.
本文提出一种用于活细胞单颗粒追踪中研究单个蛋白构象的“binder/tag”生物传感器策略。该方法将一段7个氨基酸的短肽（tag）插入目标蛋白，使其溶剂暴露程度受蛋白构象控制；只有当蛋白处于激活或开放构象时，短肽暴露并特异性结合报告蛋白（binder）。因此，仅需直接激发明亮荧光团并观察其定位，即可反映蛋白构象，无需依赖较暗的FRE...
Intravital imaging technology guides FAK-mediated priming in pancreatic cancer precision medicine according to Merlin status.
胰腺导管腺癌（PDAC）高度转移且对化疗耐药，其致密促纤维增生基质可调节肿瘤进展。本研究在小鼠和患者来源 PDAC 模型中，利用基于 FAK 的 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器进行活体荧光寿命成像显微镜（FLIM）检测，实时可视化短暂调控黏着斑激酶（FAK）所介导的双向细胞-环境信号。同时，利用 FUCCI 细胞...
Design and Prototyping of Genetically Encoded Arsenic Biosensors Based on Transcriptional Regulator AfArsR.
基于工程化荧光蛋白（FP）的遗传编码生物传感器是监测生物体系内特定离子和分子动态的重要工具。三价砷离子（As3+）因能与蛋白质巯基结合而具有强细胞毒性，可抑制蛋白功能、破坏蛋白间相互作用并最终导致细胞死亡。开发 As3+ 遗传编码生物传感器有望在体外和体内研究其毒性机制。本研究以嗜酸氧化亚铁杆菌（Acidithiobacillus ...
Intrinsically disordered protein biosensor tracks the physical-chemical effects of osmotic stress on cells.
当外界环境发生剧烈变化时，细胞内理化性质随之改变，但现有方法难以在活细胞中实时、非破坏性地动态监测这些变化。本研究利用内在无序蛋白区（IDR）对环境敏感且结构可塑的特性，开发了一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的基因编码荧光生物传感器 SED1。SED1 以拟南芥在缺水条件下表达的内在无序蛋白 AtLEA4-5 为传...
FluoSTEPs: Fluorescent biosensors for monitoring compartmentalized signaling within endogenous microdomains.
越来越多的证据表明，许多关键胞内信号事件被区室化于动力学不同的细胞微区室中。遗传编码荧光生物传感器是解析区室化信号的强大工具，但现有方法通常依赖目标蛋白融合与过表达，可能干扰天然信号通路。本文提出一类名为 FluoSTEPs（靶向内源蛋白的荧光传感器）的新型生物传感器，将自互补分裂绿色荧光蛋白、CRISPR 介导的基因敲入和荧光共振...
Carbon Dot/Naphthalimide Based Ratiometric Fluorescence Biosensor for Hyaluronidase Detection.
膀胱癌是泌尿生殖系统癌症患者死亡的主要原因之一，透明质酸酶（HAase）在膀胱癌中水平升高，可作为早期诊断的重要生物标志物。本文报道了一种在生理条件下用于检测 HAase 的简单、灵敏的比率荧光生物传感器。该体系由带负电荷的透明质酸（HA）作为支架和酶切底物，阳离子碳点（CQDs）作为 FRET 供体，正电荷萘酰亚胺探针作为 FRE...
Cardiac Hypertrophy Changes Compartmentation of cAMP in Non-Raft Membrane Microdomains.
3′,5′-环腺苷酸单磷酸（cAMP）是广泛存在的第二信使，在心脏功能与疾病中发挥关键作用。成年小鼠心室肌细胞（AMVMs）中存在多个功能相关的膜微域，其cAMP信号被严格区室化。至少有两类微域位于AMVM质膜：一类与富含caveolin的脂筏相关，另一类位于非脂筏肌膜，二者具有不同的cAMP动态，并受不同受体和磷酸二酯酶（PDE）...
Quantifying single-cell ERK dynamics in colorectal cancer organoids reveals EGFR as an amplifier of oncogenic MAPK pathway signalling.
直接靶向下游丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路以抑制 KRAS 和 BRAF 突变结直肠癌（CRC）中细胞外调节蛋白激酶（ERK）激活，在临床上未能成功；而联合表皮生长因子受体（EGFR）抑制的治疗策略则显示出较好前景。为阐明肿瘤中 EGF 信号与 ERK 激活之间的相互作用，作者利用来自 KRAS 和 BRAF 突变 CRC 的患...
Porphyrin-based covalent organic framework as bioplatfrom for detection of vascular endothelial growth factor 165 through fluorescence resonance energy transfer.
本研究构建了一种基于卟啉基共价有机框架（p-COF）和碳点（CDs）的荧光适配体传感器，用于检测血管内皮生长因子165（VEGF165）并对乳腺癌细胞系MCF-7进行成像。通过柠檬酸和尿素热解制备的CDs具有约380 nm的强光致发光，作为荧光供体标记VEGF165靶向适配体，形成AptVEGF/CDs复合物。p-COF由TAPP和...
FRET processes of bi-fluorophoric sensor material containing tetraphenylethylene donor and optical-switchable merocyanine acceptor for lead ion (Pb
本研究合成并研究了一种含四苯乙烯（TPE）单元与螺吡喃（SP）单元共价连接的新型聚集诱导发光（AIE）结构，并在含水90%的半水溶液中考察其性能。经紫外光照射后，无发射的闭式 SP 单元可转变为红发射的开式花青（MC）单元，与 TPE 单元共同构成双荧光团传感器，用于检测铅(II)离子。TPE 作为能量供体，在 480 nm 处产生...
Spatiotemporal Characterization of GPCR Activity and Function during Endosomal Trafficking Pathway.
G蛋白偶联受体（GPCR）在质膜上被胞外信号激活，随后内化并脱敏；但部分GPCR内化后仍保持活性。以β2肾上腺素能受体2（B2AR）为例，其内体运输过程可持续数小时，然而该过程中B2AR活性的时空特征尚未阐明。本研究利用基于荧光共振能量转移（FRET）的B2AR生物传感器，以及靶向不同内体运输阶段的cAMP报告蛋白，在单个囊泡水平实...
Controlling dopamine binding by the new aptamer for a FRET-based biosensor.
多巴胺是重要神经递质。2018年报道了一种高亲和力多巴胺DNA适配体，但其结合与折叠机制尚不清楚，制约传感器设计。本文采用无标记等温滴定量热（ITC）系统研究该适配体二级结构，将其分为四个区域并逐一检验，确认两个茎区，第三茎区实际为环的一部分。截短实验显示，原始适配体在25°C的Kd为2.2±0.3 μM；缩短1或2个碱基对后Kd分...
Extracellular Ca
细胞外生物分子梯度在组织发育、再生以及健康与疾病过程中日益受到重视，而细胞外钙离子浓度动态却很少被研究。本文报道了一种基于 Twitch-2B 荧光蛋白融合纤维素结合肽和胶原结合肽的低亲和力钙离子生物传感器。这些重组嵌合蛋白可结合纤维素和胶原支架，从而在活体三维组织模型中实现细胞邻近区域细胞外钙离子的支架基传感。研究发现，Twitc...
Shear stress activates mitochondrial oxidative phosphorylation by reducing plasma membrane cholesterol in vascular endothelial cells.
血管内皮细胞（ECs）能感知血流剪切应力，但其机械转导机制仍不清楚。作者此前证明线粒体在剪切应力嘌呤能信号中起直接作用：剪切增加线粒体三磷酸腺苷（ATP）产生，触发 ATP 释放和钙信号。本研究显示，剪切应力可快速降低质膜胆固醇，从而激活线粒体 ATP 产生。利用 domain 4（D4）突变体胆固醇生物传感器成像发现，培养内皮细胞...
Screening and Cellular Characterization of Genetically Encoded Voltage Indicators Based on Near-Infrared Fluorescent Proteins.
作者开发了一类基于细菌光敏色素衍生近红外荧光蛋白的遗传编码电压指示剂。这些新指示剂采用跨膜电压传感域，经 640 nm 光激发，并在 670 nm 检测发射，从而可在近红外组织透明窗口成像。其光谱特性允许与蓝绿光光遗传执行器同时激活，也可与绿色钙指示剂配对实现电压-钙同步成像。经迭代优化得到名为 nirButterfly 的荧光探针...
Rhodopsin-mediated light-off-induced protein kinase A activation in mouse rod photoreceptor cells.
视网膜中光诱导的突触外多巴胺释放可降低视杆细胞内环磷酸腺苷（cAMP）水平，并介导光依赖性脱敏，但视杆细胞 cAMP 动态的精细时间过程因技术困难而难以解析。本研究利用表达 FRET 型蛋白激酶 A（PKA）活性生物传感器 AKAR3EV 的 PKAchu 小鼠，通过双光子活体成像观察离体视网膜中 PKA 的时空调控。除已知的开光诱...
Spatiotemporal ATP Dynamics during AKI Predict Renal Prognosis.
背景：肾小管细胞 ATP 耗竭在肾脏疾病发病机制中起核心作用，但体内 ATP 时空分布与动态难以可视化。方法：作者利用全身表达 FRET 型 ATP 生物传感器 GO-ATeam（由 ATP 合酶 ε 亚基与两种荧光蛋白组成）的 GO-ATeam2 小鼠，通过双光子显微镜在单细胞分辨率下观察热缺血再灌注和冷缺血再灌注过程中的 ATP...
Defining the ATPome reveals cross-optimization of metabolic pathways.
能量代谢紊乱是细胞功能障碍和多种疾病的重要驱动因素，但增加或维持细胞内三磷酸腺苷（ATP）水平的方法仍缺乏。为绘制调控细胞ATP的基因与通路全景图谱——ATPome，作者将全基因组CRISPR干扰/激活筛选与ATP生物传感器相结合，在呼吸、糖酵解和基础三种代谢条件下系统鉴定ATP调控基因。结果显示，ATP水平可通过促进能量生成或抑制...