(資料圖片)
近日，北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授章曉輝團(tuán)隊(duì)、北師大生命科學(xué)學(xué)院教授王友軍團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技大學(xué)教授唐愛輝團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)構(gòu)建了一類新型的檢測(cè)鈣信號(hào)的熒光蛋白探針“尼莫”（NEMO），該探針具有更強(qiáng)和更精準(zhǔn)的定量測(cè)定性能。近日，該成果在線發(fā)表于期刊《自然-方法》。
生命體的許多活動(dòng)都離不開鈣離子（Ca2+）信號(hào)分子。細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度時(shí)空變化被稱之為鈣信號(hào)，它控制或調(diào)節(jié)各種細(xì)胞生命活動(dòng)。開發(fā)靈敏和精準(zhǔn)的鈣信號(hào)檢測(cè)探針工具對(duì)探究生命活動(dòng)相關(guān)的信號(hào)機(jī)制和規(guī)律至關(guān)重要。
在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)被廣泛應(yīng)用的鈣探針主要包括有機(jī)小分子類探針和遺傳編碼的（熒光）蛋白探針（GECIs）。目前最被廣泛應(yīng)用的單熒光GECI工具為GCaMPs系列，它由鈣感知和熒光反應(yīng)兩大模塊組裝構(gòu)建而成。其中，鈣感知模塊包含鈣結(jié)合蛋白（如鈣調(diào)蛋白CaM）及其靶肽（如M13/RS20），產(chǎn)生熒光變化的模塊為環(huán)化重排的綠色熒光蛋白cpGFP。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過改變CaM、M13與GFP三個(gè)元件之間的連接方式，連接短肽及互作界面中的關(guān)鍵氨基酸等方式，可改善GECIs的表現(xiàn)。因此，在2001年最初構(gòu)建的GCaMP1版本上多次迭代改造后，至2023年最新發(fā)展的GCaMP8系列具備了顯著改善的靈敏度和反應(yīng)速度，但它們的反應(yīng)幅度，即對(duì)鈣信號(hào)大小的分辨率和線性動(dòng)態(tài)范圍始終有待提高。
對(duì)此，合作團(tuán)隊(duì)采用了全新策略構(gòu)建的新型高靈敏鈣離子探針。從增強(qiáng)GECI對(duì)鈣離子濃度變化的的熒光反應(yīng)大小出發(fā)，合作團(tuán)隊(duì)采用亮度更高的新型熒光蛋白mNeoGreen（mNG）來替換廣泛使用的cpGFP，結(jié)合多種設(shè)計(jì)及優(yōu)化策略組合，構(gòu)建了含幾十個(gè)候選復(fù)合分子的GECI庫，并通過系統(tǒng)的鈣離子成像篩選和體外鑒定后，最終獲得到了一組名為NEMO的新型GECI探針。
與現(xiàn)有的GCaMP系列探針相比，NEMO探針的靈敏度及鈣響應(yīng)幅度有了顯著提升，在領(lǐng)域中首次實(shí)現(xiàn)GECI探針對(duì)細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的反應(yīng)幅度超過100倍；同時(shí)具有更好的抗光淬滅能力與pH穩(wěn)定性，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣離子水平的絕對(duì)定量檢測(cè)。
?
單熒光遺傳編碼鈣探針（GECI）GCaMPs組裝（A）與NEMO（B）的組裝方式 課題組供圖
合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在對(duì)非興奮性細(xì)胞系、分離培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)元、小鼠腦內(nèi)神經(jīng)元在體雙光子激光成像和深部腦區(qū)光纖記錄等測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，相比于最新或最廣泛使用的GCaMP8s或GCaMP6s，NEMO系列對(duì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的反應(yīng)速度相當(dāng)，但更靈敏并具更高的信噪比，且反應(yīng)幅度提高達(dá)約10倍之多。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41592-023-01852-9
標(biāo)簽：
