《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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    • 编译者:李康音
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    • 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。
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    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2025-07-15
    • 中国科学院分子植物科学卓越创新中心赵春钊研究组在《细胞报告》(Cell Reports)上,发表了题为FERONIA controls ABA-mediated seed germination via the regulation of CARK1 kinase activity的研究论文。该研究借助遗传学、生物化学和生物信息学等研究手段,揭示了类受体激酶FERONIA通过类受体胞质激酶CARK1调控脱落酸信号通路和种子萌发的新机制。种子是农业生产的“芯片”,关系到粮食安全问题。种子萌发通常受到环境因素的影响,因此研究逆境环境下种子萌发的调控机制,对于培育优良种子具有理论意义和应用意义。 脱落酸(ABA)核心信号通路包括脱落酸受体PYR1/PYLs、磷酸酶PP2Cs和激酶SnRK2s,在调控种子萌发过程中发挥着重要作用。研究表明,脱落酸受体PYR1/PYLs受到多个激酶磷酸化修饰,而磷酸化修饰的早期调控机制有待解析。类受体激酶是细胞膜定位蛋白之一,参与植物对外界信号的感知和传递,在植物生长发育和环境响应中具有关键作用。植物细胞存在大量类受体胞质激酶,而这类蛋白通常作用于类受体激酶的下游来传递外界信号。研究发现,类受体激酶FER和类受体胞质激酶CARK1作用于一个信号通路来调控脱落酸介导的种子萌发。 研究显示,FER基因突变导致脱落酸条件下种子萌发加快,而脱落酸触发的SnRK2s激活减弱,表明FER在脱落酸信号转导中发挥正调控作用。研究通过分析FER的免疫沉淀-质谱数据发现,ER和类受体胞质激酶VIII亚家族成员CARK1存在相互作用。CARK1是在种子中高表达的类受体胞质激酶,而随着种子萌发其转录水平逐渐降低,说明CARK1在种子萌发过程中可能发挥负调控作用。同时,CARK家族成员CARK2、CARK10和CARK11也在种子中高表达,并随着种子萌发而表达量下降,说明CARK基因或共同参与调控种子萌发。 生化结果显示,FER磷酸化CARK1的第233位丝氨酸和第234位苏氨酸这两个位点的磷酸化是CARK1激酶活性所需要的。结果表明,FER通过磷酸化来增强CARK1的激酶活性。同时,cark1单突变体表现出在脱落酸条件下萌发快的表型,而Ser233和Thr234位点突变成Ala的CARK1不能互补cark1的萌发表型,说明Ser233和Thr234的磷酸化对于CARK1的功能是必需的。ABI5是脱落酸信号通路下游抑制种子萌发的主要转录因子,而在fer-4和cark1突变体中脱落酸诱导的ABI5积累降低,表明FER和CARK1通过脱落酸信号通路正调控ABI5的蛋白稳定性。遗传分析显示,过量表达脱落酸受体PYL9能够抑制fer-4突变体在脱落酸条件下种子萌发快的表型,证明FER通过ABA信号通路调控种子萌发。因此,FER通过磷酸化修饰激活CARK1激酶,正调控脱落酸介导的种子萌发抑制。 该研究揭示了直接作用于FER下游的类受体胞质激酶,阐明了脱落酸和胁迫条件下种子萌发调控的新机制。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目等的支持。