分享一篇发表在PNAS的文章“Single-chain fluorescent integrators for mapping G-protein-coupled receptor agonists”，通讯作者为密歇根大学生命科学研究所的Wenjing Wang助理教授、Peng Li助理教授和MIT的Kayla Kroning博士后，Wang课题组主要通过化学生物学的方法来设计新型的基于蛋白的传感器，Li课题组的主要研究方向为调节呼吸的神经机制和信号通路。
G 蛋白偶联受体（GPCR）可传递多种神经调节剂的效应，包括多巴胺、血清素、肾上腺素、乙酰胆碱和阿片类药物。合成或者内源性的GPCR激动剂的高空间分辨率全脑定位对于我们研究这些激动剂的生理功能和信号调控十分重要。要确定这些激动剂在整个大脑中的定位，比较理想的方法是设计一个GPCR激动剂传感器，将瞬时的激动剂信号转化为激动剂作用细胞上的永久荧光标记。目前对暴露于 GPCR 激动剂的神经元进行永久标记的工具却较少，而且现有的工具也有很大的局限性。作者先前设计了基于单蛋白链的传感器，命名为M-SPOTIT（single-chain protein-based opioid transmission indicator tool for the mu opioid receptor），可用于检测细胞中的阿片类药物。在这篇文章中，作者对这个传感器进行了改造优化。
初代的SPOTIT是在阿片受体（OR）的C端连上了一个cpGFP和纳米抗体Nb39，Nb39与激活的mu-OR有较高的结合力，在受体未激活的时候，Nb39通过分子内互作抑制cpGFP的荧光，在加入阿片类药物之后，mu-OR被激活，Nb39与mu-OR结合，使得cpGFP可以发出荧光。首先，作者认为红色荧光与细胞中的自发荧光重叠较少，所以可以改善信噪比，于是他们把SPOTIT中的cpGFP替换为了cpmApple，cpmApple是一种用于钙传感器O-Geco1的红色荧光蛋白，但是作者发现cpmApple需要与M13和钙调蛋白融合表达才会发出荧光，于是red-SPOTIT是把cpGFP替换为了O-Geco1。由此得到启发，作者认为将两个钙离子感受蛋白M13和CaM添加到SPOTIT中可以检测激活状态GPCR的钙离子信号，于是设计得到了SPOTcal。之后，作者建立了一个通用的传感器设计平台，可用于其他GPCR激动剂的成像，并命名为SPOTall，该平台是在目标GPCR的C端融合表达cpGFP-Nbx-Nb39，这里Nbx是与激活的GPCR特异性结合的纳米抗体，没有激动剂存在时，Nb39会阻碍cpGFP发光，当加入激动剂，Nbx会与GPCR结合，导致构象改变，cpGFP可以发光。在本文中，作者设计了B2AR-SPOTall、DRD1-SPOTall和CHRM2-SPOTall，对其功能进行验证。最后，作者还将他们开发的这个成像平台应用到了小鼠模型上。综上所述，作者在此前研究基础上进行优化改进得到了一个对GPCR激动剂全脑定位的传感器。原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2307090121文章引用：10.1073/pnas.2307090121
目前评论：