Genetically-encoded tools for cAMP probing and modulation in living systems.
细胞内 3′-5′-环腺苷酸单磷酸（cAMP）是众多信号转导通路（包括 G 蛋白偶联受体触发通路）下游的主要第二信使之一。数十年来，cAMP 生化检测在基础研究和药物发现中发挥了重要作用，为细胞生理学和制药工业提供了依据。然而，尽管成绩显著，大多数传统 cAMP 检测工具存在共同根本缺陷：测量前必须破坏样品以释放 cAMP。这一瓶颈...
Ubiquitination switches EphA2 vesicular traffic from a continuous safeguard to a finite signalling mode.
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...
Dynamic Changes in Cytosolic ATP Levels in Cultured Glutamatergic Neurons During NMDA-Induced Synaptic Activity Supported by Glucose or Lactate.
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...
Construction of a robust and sensitive arginine biosensor through ancestral protein reconstruction.
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...
A direct screen for c-di-GMP modulators reveals a Salmonella Typhimurium periplasmic ʟ-arginine-sensing pathway.
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...
Development of biosensors and their application in metabolic engineering.
在可持续生物经济中，许多大宗化学品和高价值化合物（包括药物）将由微生物细胞工厂利用可再生原料生产。通过构建多样化基因组库并筛选所需表型，可高效生成这些细胞工厂。然而，现有微生物基因组多样化方法远超筛选和选择最优性能变体的能力。遗传编码生物传感器能够响应小分子结合，并易于与高通量分析结合，有望弥补这一差距。本文综述了生物传感器开发的最...
Imaging Ca2+ dynamics in cone photoreceptor axon terminals of the mouse retina.
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...
A sensitive biosensor with a DNAzyme for lead(II) detection based on fluorescence turn-on.
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...
A Perspective on Studying G-Protein-Coupled Receptor Signaling with Resonance Energy Transfer Biosensors in Living Organisms.
完全理解G蛋白偶联受体（GPCR）生物学的最后前沿，是在完整生物系统内实时评估GPCR活性、相互作用与信号传导，包括检测受体活性、转运、二聚化、蛋白-蛋白相互作用、第二信使产生及下游信号事件，并具备高空间分辨率和快速动力学读出。基于共振能量转移（RET）的生物传感器在体外和细胞检测中已能实现上述监测，但将其应用于完整动物仍面临困难。...
In vivo model with targeted cAMP biosensor reveals changes in receptor-microdomain communication in cardiac disease.
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...
A cAMP Biosensor-Based High-Throughput Screening Assay for Identification of Gs-Coupled GPCR Ligands and Phosphodiesterase Inhibitors.
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...
Engineering tandem single-chain Fv as cell surface reporters with enhanced properties of fluorescence detection.
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...
Building an aptamer/graphene oxide FRET biosensor for one-step detection of bisphenol A.
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...
A single quantum dot-based biosensor for telomerase assay.
端粒酶在肺癌、乳腺癌等多种人类肿瘤中广泛表达，是重要的肿瘤标志物和治疗靶点。本文开发了一种基于单个量子点（QD）的端粒酶活性检测生物传感器。该传感器利用端粒酶以特异性引物为底物，在dGTP、dTTP和Cy5-dATP存在下将AGGGTT重复单位延伸至引物3′端，并将Cy5标记的dATP有序掺入延伸链。随后，Cy5标记引物与生物素化捕...
Nanomaterial-based biosensors using dual transducing elements for solution phase detection.
本文综述了用于溶液相检测的纳米材料双换能器生物传感器。传统生物传感器通常以单一纳米材料作为信号换能器，而双换能器设计通过两种纳米材料或一种纳米材料与有机发光剂协同，可进一步提高灵敏度、选择性和设计灵活性。文章首先介绍量子点、金属纳米粒子、上转换纳米粒子、石墨烯/氧化石墨烯、碳纳米管和碳纳米点等常用纳米换能材料的性质、作用及挑战。随后...
Paramagnetic nanoparticles as a platform for FRET-based sarcosine picomolar detection.
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...
Graphene oxide-assisted nucleic acids assays using conjugated polyelectrolytes-based fluorescent signal transduction.
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...
A biosensor for the activity of the "sheddase" TACE (ADAM17) reveals novel and cell type-specific mechanisms of TACE activation.
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...
Microdomain switch of cGMP-regulated phosphodiesterases leads to ANP-induced augmentation of β-adrenoceptor-stimulated contractility in early cardiac hypertrophy.
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...
Receptor tyrosine kinase signaling: regulating neural crest development one phosphate at a time.
受体酪氨酸激酶（RTKs）结合细胞表面的一类生长因子，并通过胞内酪氨酸激酶结构域及磷酸化调控序列介导广泛发育与出生后细胞过程。激活后，RTKs 招募含 SH2 或 PTB 结构域的信号分子，形成多蛋白复合物，调控增殖、存活、凋亡、迁移、分化、代谢、转录等反应。本章重点阐述 ErbB、Eph、FGF、Kit、MET、MuSK、PDGF...