艾辉旺团队发明将绿色荧光蛋白传感器转化为红色荧光传感器新技术

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基于荧光卵白的生物传感器是必不可少的研究工具。只管近些年科学家连续进化出个别基于赤色荧光卵白的生物传感器,但大多数现有荧光卵白生物传感器的发射波长都落在绿色或黄色光谱区域中。它们的光谱重叠会拦阻,很难实现双通道荧光监测。别的,赤色荧光卵白生物传感器有望减少光毒性和自发荧光,并增加光子渗透和成像深度。但是,现有的赤色荧光卵白生物传感器通常动态范围小,在细胞内易聚集,以及存在光转化等问题。因此,现有的赤色荧光探针广泛在功能上不如其对应的绿色荧光版本。因此,开辟功能上更好的赤色荧光传感器成为荧光显影学界的研究重点。


相比传统的定向进化手段,遗传密码子扩展技能是将卵白质定向进化的一种有用工具。该技能可以或许将非天然氨基酸定点插入到目标卵白中,继而改变目标卵白原有的理化性质。2020年9月14日,美国弗吉尼亚大学 (University of Virginia)艾辉旺(Hui-wang Ai)课题组在Nature Chemical Biology杂志上发表文章 A general strategy to red-shift green fluorescent protein based biosensors 的文章,将3-氨基酪氨酸(3-amino tyrosine,aY)插入到绿色、黄色、青色荧光卵白的发色团酪氨酸残基位置,将原本的荧光发射光红移近100纳米。该课题组进一步将这项技能应用于多种黄,绿色荧光卵白生物传感器中,使其荧光发射光红移以减少其光毒性并实现了多荧光通道多检测物的同时监测。


艾辉旺团队发明将绿色荧光卵白传感器转化为赤色荧光传感器新技能

艾辉旺团队发明将绿色荧光卵白传感器转化为赤色荧光传感器新技能

图1. 定向插入aY可将绿色荧光卵白红移近100纳米。


该研究构建了在大肠杆菌,哺乳动物细胞系,以及神经元中定向插入aY的技能,用以实现生物传感器绿色荧光到赤色荧光到转化。该技能不必要特殊的实验条件,而且通用于各种黄,绿色荧光卵白及生物探针。在该文中,该技能被应用于乐成改造5个不同的荧光卵白和9个荧光生物探针。相比原有的绿色荧光版本,改造后的赤色荧光探针红移近100纳米。同时在卵白,细胞系以及神经元中证实了新进化的赤色荧光探针保存了对应相比原有的绿色荧光探针的动态范围,荧光强度,以及灵敏度。


这一研究进一步将生物传感器用于胰腺β细胞中代谢动力学的多重成像。如预期的那样,研究者观察到了对高葡萄糖反应的细胞ATP和钙离子的增加。但是,NAD+/ NADH和NADPH的变化更为复杂。胰腺β细胞在葡萄糖刺激后出现了连续几分钟的不测瞬态:高葡萄糖诱导了NADH以及NADPH的瞬时低落。这些征象很难用现有的β细胞糖诱导的胰岛素释放的刺激-分泌耦联机制来表明,必要进一步的研究来阐明。


本文第一作者为美国弗吉尼亚大学医学院的张駪博士后。本研究的通讯作者为美国弗吉尼亚大学医学院和化学系的艾辉旺 (Hui-wang Ai)传授。该课题组一直专注开辟新型的遗传编码生物传感器。研究的目标是在生理相干情况中以出色的空间分辨率和分子精度及时监测生物信号,并终极将这些新探针应用于活细胞和啮齿动物模子,以了解更多与糖尿病,认知和举动以及神经系统疾病相干的机制。课题组接待感爱好的博士生和博士后申请者。

课题组信息:https://med.virginia.edu/ai-lab/


原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41589-020-0641-7


制版人:十一


来源:https://www.toutiao.com/a6872573448275624459/
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