受体酪氨酸激酶（RTK）的自催化磷酸化可产生多样、依赖细胞环境的信号响应，但也带来配体非依赖的自主激活风险。作者构建了一种遗传编码的构象生物传感器 LIFEA2，用于在活细胞中实时报告 EphA2 激酶活性。该传感器将单体柠檬黄 mCitrine 插入 EphA2 近膜区（JMS），并将单体樱桃 mCherry 融合于 C 端，通过...
我们此前发现，当乳酸作为唯一底物时，培养神经元的突触传递会失败。为检验突触传递失败是否源于能量供应不足，本研究采用基因编码的 FRET 型 ATP 生物传感器 ATeam1.03YEMK 监测培养谷氨酸能神经元中的胞质 ATP 水平。实验以 30 μM NMDA 给予两次 30 s 脉冲、间隔 4 min 诱导突触活动，并在 1 m...
信号分子生物传感器可结合蛋白工程、荧光成像与细胞生物学，用于研究生理过程。遗传编码生物传感器的构建通常依赖既特异又稳定的结合核心，再与荧光分子偶联形成传感元件；但自然界中常缺乏满足要求的结合蛋白，且现有传感器在稳定性方面仍需改进。祖先蛋白重建是一种可产生高稳定性功能蛋白的蛋白工程方法。本研究以 L-精氨酸为对象，利用祖先蛋白重建与环...
环二鸟苷酸（c-di-GMP）是细菌第二信使，传递内外信号并调控运动性与生物膜形成。许多细菌编码上百种 c-di-GMP 调节酶，但只有少数酶的活性信号被明确。作者开发并应用一种高通量、实时流式细胞术方法，利用基于荧光共振能量转移（FRET）的游离 c-di-GMP 生物传感器，在鼠伤寒沙门氏菌中筛选能调节其浓度的信号。该方法鉴定出...
视网膜锥体光感受器负责昼视和色觉，其退行性病变常导致多种视网膜疾病致盲。钙离子是光感受器信号转导与代谢中的关键第二信使，并被认为与光感受器退行性变间接相关。然而，系统研究锥体生理与病理生理受到小鼠中锥体数量少、电生理记录困难等限制。为此，作者建立了一种双光子钙成像方案，使用转基因小鼠 HR2.1:TN-XL，在人红视蛋白启动子 HR...
本文报道了一种基于DNA酶（DNAzyme）的荧光生物传感器，用于检测Pb2+。传感器中，荧光素酰胺（FAM）标记的底物17S-FAM与DNA酶17E退火后形成凸起结构；DNA嵌入剂溴化乙锭（EB）插入双链区。激发FAM时，FAM向EB发生荧光共振能量转移（FRET），使FAM荧光显著降低。当存在Pb2+时，DNA酶被激活并切割底物...
3',5'-环腺苷一磷酸（cAMP）是广泛存在的第二信使，通过在不同亚细胞微区中作用调节多种生理功能。虽然已有多种靶向 cAMP 生物传感器用于单细胞研究，但其在体内、尤其是疾病背景下能否成功应用仍不清楚。本文建立了一种表达靶向 cAMP 传感器的转基因小鼠模型，用于分析肌浆网/内质网钙 ATP 酶（SERCA）附近微区特异性第二信...
环磷酸腺苷（cAMP）是重要的第二信使，胞内 cAMP 水平定量是 G 蛋白偶联受体（GPCR）研究的关键。Gs 或 Gi 偶联 GPCR 激活腺苷酸环化酶（AC）后，分别升高或降低胞内 cAMP。本文建立了一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的实时 cAMP 高通量筛选（HTS）检测法，用于在活细胞中鉴定和表征 Gs...
近期报道的荧光生物传感器平台利用单链抗体片段（scFv）选择性结合并激活原本无荧光的荧光素分子。本研究将串联 scFv 生物传感器展示于哺乳动物细胞表面，以推进荧光检测策略。作者首先筛选不同肽连接子，发现柔性连接子或 α-螺旋连接子连接的串联蛋白可正确折叠并展示于细胞表面。随后进行 scFv 二聚体组合研究，发现荧光激活与 scFv...
双酚A（BPA）是聚碳酸酯和环氧树脂生产中的重要工业化学品，也广泛存在于食品包装、餐具及环境水样中，具有内分泌干扰风险。本文基于氧化石墨烯（GO）和抗BPA适配体构建了一种新型荧光生物传感器，用于一步法检测BPA。GO具有大比表面积和强荧光猝灭能力，可特异性吸附并猝灭荧光标记单链DNA探针的荧光；当BPA与抗BPA适配体结合后，适配...
本文报道了一种基于Förster共振能量转移（FRET）的超灵敏、特异性生物传感系统，用于检测肌酸（sarcosine，Sar）这一前列腺癌潜在生物标志物。该FRET生物传感器将抗肌酸抗体固定在顺磁性纳米颗粒表面，以实现抗原的特异性结合。肌酸成功结合后，由抗肌酸抗体组装成三明治结构，使FRET供体-受体对保持在所需的Förster距...
本文研究了氧化石墨烯（GO）与具有不同主链和侧链结构的共轭聚电解质（CPEs）之间的相互作用，并通过 CPEs 的荧光猝灭机制发现，CPEs 的电荷和分子结构对 GO–CPEs 相互作用起重要作用，其中静电作用、π–π 作用和阳离子–π 键是主要驱动力。基于对 GO–CPEs 杂化体系的理解，作者选用阳离子型 CPE P2 构建了一...
多种环境刺激可通过蛋白水解切割诱导细胞表面蛋白脱落。TACE（TNF-α转化酶，ADAM17）作为“脱落酶”介导多种生长因子和细胞因子的成熟与释放，从而调控细胞反应。作者开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的基因编码生物传感器TSen，用于在活细胞中定量监测TACE活性的动力学。TSen包含TGFα来源的N端信号肽、TNFα来...
环核苷酸作为第二信使通过区室化微域信号调控心肌细胞功能，但不同微域在心脏疾病中的变化尚不清楚。本研究旨在直接可视化早期心脏疾病中 β-肾上腺素受体（β-AR）相关 cAMP 与 cGMP 微域信号改变。横主动脉缩窄（TAC）诱导早期心脏肥大后，心房利钠肽（ANP）/cGMP 信号意外增强 β-AR 刺激的心肌细胞收缩性，这与慢性疾病...
逻辑门是将一组输入转换为可预测单一输出的器件。核酸的杂交特性、结构和功能可用于构建基于DNA的逻辑门，这些器件是分子计算和生物传感的重要模块。理想的逻辑门系统应能提供多种逻辑运算，并可多拷贝集成到更复杂结构中。本文报道成功构建一种小型DNA逻辑门复合体，其荧光输出对应AND、NAND、OR、NOR、XOR和XNOR六种布尔逻辑门。该...
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...
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...
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...
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，...