《脑智卓越中心开发新型遗传编码色氨酸探针》

  • 来源专题:脑科学与类脑研究
  • 编译者: 苑亚坤
  • 发布时间:2023-11-08
  • 2023年10月31日,《Cell Discovery》期刊在线发表了题为“A genetically encoded ratiometric indicator for tryptophan”的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)穆宇研究组和杜久林研究组合作完成。该研究开发的新型遗传编码荧光蛋白探针GRIT(Genetically encoded Ratiometric Indicator for Tryptophan)能够特异、定量地在活体动物中检测细胞内的色氨酸浓度。

    色氨酸是食物中含量最少的必需氨基酸,也是神经和免疫系统关键通路的前体,可代谢产生五羟色胺、犬尿氨酸。它协调着多个系统的功能,因此,活体监测色氨酸的动态有助于理解多器官、多系统同步协调的机制。然而,以往的色氨酸检测方法均无法有效实时监测活体动物中的色氨酸浓度,高效液相色谱法(HPLC)存在侵入且耗时的缺陷,响应范围非常有限的遗传编码非侵入式的探针FLIPWs则不够灵敏。

    研究团队将cpsfYFP与细菌色氨酸抑制子TrpR融合,通过迭代优化和筛选,成功获得了比例型色氨酸探针GRIT。与之前的FLIPWs探针相比,GRIT的动态范围增加了30倍,并且能够在不同pH和离子浓度下正常工作,适用于不同的动物样本和细胞类型。

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    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2023-11-20
    • 本文内容转载自“BioArt”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/_gDpiUaOoCJFdGgo9Sba9Q 2023年11月17日,北京大学李毓龙实验室在Science杂志在线发表了题为A tool kit of highly selective and sensitive genetically encoded neuropeptide sensors的研究论文。该研究报道了一种利用包含荧光报告模块的第三胞内环(Intracellular loop 3, ICL3)嫁接的策略,高效可通用地开发了一系列神经肽荧光探针工具包。 研究人员发现,基于去甲肾上腺素(NE)探针GRABNE的ICL3具有较好的移植适配性,并将GRABNE的ICL3替换移植到神经肽GPCR中,通过少量优化后开发了对应的神经肽GRAB探针。这些神经肽探针能够以纳摩尔级灵敏度检测特定的神经肽;并且在表达这些探针后都没有观测到对神经元活动、细胞转录组和动物行为的显著性影响。 此研究进一步详细展示了SST和CRF探针的应用价值。具体而言,作者使用SST1.0探针检测培养的大鼠皮层神经元和小鼠胰岛中内源的SST释放,并揭示了小鼠在条件学习过程中基底外侧杏仁核(basal lateral amygdala, BLA)脑区的SST动态变化。此外,作者将CRF1.0探针表达在小鼠的中央杏仁核(central amygdala, CeA)脑区,CRF1.0探针可靠地报告了小鼠急性脑切片中电刺激引发的CRF释放。运用光纤记录技术,作者使用CRF1.0探针在活体小鼠的下丘脑室旁核(paraventricular nucleus of hypothalamus,PVN)中监测到脑室灌注CRF和应激刺激时CRF水平的变化。进一步运用双光子成像的方式,作者在应激刺激下观测到小鼠运动皮层和前额叶皮质中CRF的时空动态变化。 综上所述,此研究报道了一种利用ICL3嫁接的方法,实现神经肽荧光探针的快速和可扩展开发。利用此策略,论文中开发了一系列GRAB探针用于实时监测常见研究的神经肽的动态变化(包括CRF、SST、CCK、NTS、NPY和VIP),并展示了GRAB SST1.0和CRF1.0探针能够以优良的灵敏度、选择性和时空分辨率在体外和体内监测神经肽的动态变化。这种灵活的工程策略和经过优化的神经肽探针工具包为研究多种神经肽在生理和病理状态下的释放、调控和功能铺平了道路。