重组水母发光蛋白及其在植物钙离子信号检测中的应用

重组水母发光蛋白作为检测植物细胞钙信号的手段是近十几年发展起来的新方法,该文介绍了重组水母发光蛋白作为Ca2+检测探针的发展过程、测钙原理、Ca2+浓度检测方法、Ca2+浓度换算方法、优点与不足、及在植物细胞钙离子信号检测中的研究进展。并利用国外实验室提供的方法在国内首次得出冷激条件下植物细胞内细胞质中([Ca2+]cyt)和液泡膜附近([Ca2+]md)钙离子浓度动力学变化曲线。     

国外科技简讯

水母蛋白可使植物发光 据美国Biotech Reporter 1994年1月报道:英国爱丁堡大学细胞和分子生物学研究所的科学家,最近首次利用基因工程技术,将发光水母的蛋白(即多管水母蛋白aequorin)导入植物的基因组,使转基因植物在处于逆境时,可发出天蓝色的光。这种植物逆境发光的原因是,转入的多管水母蛋白对钙有高度亲合性,而植物处于逆境时,细胞内的钙浓度上升,从而使植物发光。     

双分子荧光增强法实时观察烟草BY2细胞内Ca~(2+)信号转导

钙离子作为第二信使是细胞信号转导的重要成员,也是细胞信号转导研究的重要对象。为了更有效地实时观察植物细胞中的钙离子信号,将响应钙离子的水母素(aequorin, AEQ)基因转化到已由绿色荧光蛋白(GFP)标记的分泌载体膜蛋白SCMP2(secretive carrier membrane proteins2)的烟草BY2细胞(SCAMP2-GFP)。经过对转化细胞的筛选和分子检测,获得了双价转化的BY2细胞株。转化细胞经腔肠素处理并实时显微观察,能较清晰地观察到细胞中钙离子响应的荧光信号,水母素单价转化细胞则几乎观察不到荧光信号,说明水母素响应钙离子并作用于腔肠素所发弱荧光能进一步激发GFP荧光,使弱荧光有效增强。尽管响应钙离子的双价自激发荧光较利用外施激发光对GFP的激发荧光稍弱,但已能满足在显微镜下直接观察和采集信号的荧光强度,实现对细胞内钙离子的实时观察。通过拍照采集钙离子响应的荧光图像,在3倍于外激发的曝光时间条件下获得清晰的荧光图片。以上结果证明了双价标记法能有效地实时观察细胞的钙离子信号。对应于Aequorin与GFP融合表达的体系,双价转化法还能利用GFP不同亚细胞内定位的特定蛋白标记,对亚细胞水平的不同部位开展钙离子信号研究,体现出其优势。     

基于荧光检测的新型细胞传感器

主要介绍了一类基于荧光检测的新型细胞传感器,这类传感器利用免疫细胞表面分子特异性识别、结合抗原的特性和生物(或化学)发光技术,通过检测荧光信号在数分钟内达到检测病原体或其他抗原的目的.这类传感器的发光原理主要是利用钙离子敏感型化学荧光探针发光,如Fluo-4等,或钙离子敏感型发光蛋白发光,如水母发光蛋白、绿色荧光蛋白等.现在已经应用的主要是B细胞传感器和肥大细胞传感器.这类传感器具有灵敏度高、检测准确、反应速度快的优点.同时又存在交叉反应、细胞不易保存等不足之处.这类传感器在疾病诊断、环境监测、生物战剂检测等领域具有较大的应用前景.     

紫膜蛋白与离子通道物质A23187间的能量转移

紫膜蛋白(即菌紫质)与离子通道A23187之间存在非辐射共振能量转移.能量转移效率随A23187浓度增高而增加,在此体系中,A23187荧光的增强,除由于紫膜蛋白转移能量到A2187外,还有一部分荧光的增强是由于A23187直接吸收激发的结果.Ca~(2+)与Tb~(3+)对紫膜与A23187之间的能量转移的影响均不显著.两种离子对此体系中的A23187的荧光都有降低作用,Ca~(2+)的作用较小,Tb~(3+)的猝灭效应较显著.     

基于FRET技术MMP-9生物传感器的构建及鉴定

为了构建包含有增强青色荧光蛋白-MMP-9-黄色荧光蛋白(ECFP-MMP-9-YPet)融合蛋白的真核表达质粒MMP-9生物传感器,利用原有质粒Src biosensor和通用载体p MD-18T,通过基因工程的方法构建ECFP-MMP-9-YPet生物传感器并进行鉴定,转染293T细胞24 h后观察转染效率,然后加MMP-3刺激293T细胞,运用荧光共振能量转移(flurorescence resonance energy transfer,FRET)技术在荧光显微镜下观察MMP-9生物传感器的荧光共振能量转移现象。PCR和双酶切鉴定显示,ECFP-MMP-9-YPet生物传感器构建成功,293T细胞转染效率约40%。用免疫荧光法检测MMP-9生物传感器融合蛋白在293T细胞表面膜表达,用MMP-3刺激转染细胞可以检测到FRET现象。结果表明,基于FRET构建的MMP-9生物传感器可以敏感而准确地监测活细胞中MMP-9的表达情况。     

植物细胞Ca2+荧光蛋白指示剂研究进展

Ca2+作为第二信使参与了植物生长和发育过程的调控,不同生物和非生物胁迫信号均可诱导胞内Ca2+变化.对Ca2+在信号转导作用中的认识主要来自于细胞内Ca2+浓度测定.水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂作为检测细胞Ca2+信号的手段是近年发展起来的新方法.本文综述了水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂的发展、测量原理、优点与不足及其在细胞Ca2+信号转导中的应用研究进展.     

FRET技术检测植物类caspase-3蛋白酶活性的质粒构建及其瞬时表达

植物细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）是一种由细胞内部程序控制的、主动的细胞死亡过程。在植物发育、逆境胁迫及超敏反应中,PCD都起着重要的作用。为检测植物PCD过程中类似动物细胞凋亡蛋白酶caspase-3的活性,构建了一个能够在活体植物细胞中实时检测类caspase-3蛋白酶激活的质粒PI—ECFP—EYFP。该质粒在植物细胞中可以表达出两端为青色荧光蛋白（ECFP）和黄色荧光蛋白（EYFP）的融合蛋白。这两个荧光蛋白通过含有caspase-3蛋白酶作用靶点DEVD的短肽相连,从而可以根据荧光共振能量转移现象检测类caspase-3凋亡蛋白酶的激活,以为实时检测植物PCD过程中关键蛋白酶的激活及其调控奠定基础。     

钙离子研究进展

一、钙离子振荡的时间空间分布通常有两个平行的系统调节着细胞内Ca~(2+)的释放。在大多数可兴奋细胞,细胞外钙由电压敏感钙通道进入细胞,使胞内游离钙[Ca~(2+)]_i有一个初期上升,后者使内质网上的ryanodine敏感钙通道开放,将Ca~(2+)释放到胞浆内。而在许多非可兴奋细胞,细胞表面受体由G蛋白介导     

PKCε与Lck在细胞内直接相互作用的荧光共振能量转移证据

蛋白激酶Cε亚型 (PKCε)和蛋白酪氨酸激酸Lck均在心肌缺血预适应的信号转导中起着十分重要的作用 .构建PKCε和Lck与绿色荧光蛋白的融合蛋白的真核细胞表达载体 .将其共转染H2 93细胞进行表达 .用荧光显微镜观察到荧光共振能量转移现象 ,从而获得了PKCε和Lck在细胞内发生直接相互作用的证据     

CFP荧光蛋白文库构建及FRET技术筛选钙调素结合蛋白

钙调素（Calmodulin,CaM）是细胞内Ca^2＋信号的主要受体,能够与靶蛋白相互结合调节靶蛋白的活性,在细胞增殖、分化、凋亡、迁移等过程中都起着重要作用。荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer,FRET）技术是目前研究蛋白质相互作用比较成熟的方法之一。作者通过Cre-loxP位点特异性重组技术构建了带有CFP荧光蛋白标记的文库,与YFP—CaM共同转染HEK293细胞,应用荧光共振能量转移技术（FRET）进行检测,挑取发生FRET作用的单个细胞,并进行单细胞PcR检测。由此扩增出的片段通过测序和蛋白序列数据库NCBI进行序列比对后,筛选出与CaM产生相互作用的蛋白。目前,已经通过这种方法成功地筛选到了一些与CaM相结合的蛋白,从而为进一步研究CaM蛋白在生理环境下的作用提供有利条件。     

珊瑚和海葵来源红荧光蛋白的研究和应用

绿色荧光蛋白作为标记蛋白和报告蛋白在生物学研究中应用越来越广。但在荧光共振能量转移(fluorescenceresonanceenergytransfer,FRET)等技术中存在一些缺陷,需要更大波长范围的荧光蛋白。最近研究发现了多种来源于珊瑚和海葵的红荧光蛋白,这些长波长的荧光蛋白对绿色荧光蛋白是一种很好的代替和补充,可以实现细胞内多荧光标记,提供更理想的FRET荧光对。经随机突变和定点突变等方法改建获得的红荧光蛋白变种显示出更高的荧光强度,成熟时间也更短。目前应用较多的是来源于香菇珊瑚(Discosomasp.)的红荧光蛋白DsRed。     

基于荧光蛋白的荧光共振能量转移探针的构建及应用

荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)是基于荧光基团供体和荧光基团受体间偶极子–偶极子耦合作用的非辐射方式的能量传递现象。基于荧光蛋白的FRET技术已被广泛用于研究细胞信号通路中蛋白质–蛋白质活体相互作用检测、蛋白质构象变化监测以及生物探针的研制中。基于荧光蛋白的荧光共振能量转移探针使得人们可以在时间和空间层面上研究细胞信号的转导过程。该文简要介绍了四大类基于荧光蛋白的FRET生物探针的设计、研制以及其在生物信号分子检测、活细胞成像以及药物筛选中的应用和进展情况。     

SCD-1基因过表达对鸭子宫上皮细胞钙离子和脂质含量的效应

硬脂酰辅酶A去饱和酶-1 (Stearoyl-CoA desaturase-1,SCD-1)是催化单不饱和脂肪酸合成的关键性蛋白酶,Ca~(2+)是生物体内重要阳离子,在生物体内发挥着重要作用。为探讨SCD-1基因与脂质指标和钙离子含量之间的关联性,通过构建pcDNA3.1(+)+SCD-1+Flag真核过表达载体和培养鸭子宫上皮细胞并共转染,通过载体上Flag标签检测SCD-1基因的过表达量,用Fluo-3/AM钙离子荧光标记法检测Ca~(2+)浓度,用脂质指标试剂盒检测细胞内的脂质含量。结果表明,鸭SCD-1基因过表达量与甘油三酯(TG)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)含量呈负相关,与Ca~(2+)浓度、总胆固醇(TC)含量、极低密度脂蛋白胆固醇(VLDL-C)含量和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)含量呈正相关;Ca~(2+)与TG、LDL-C和HDL-C的含量呈正相关,与TC和VLDL-C含量呈负相关,研究结果揭示了SCD-1基因过表达能够调控鸭子宫上皮细胞中Ca~(2+)浓度和脂质合成与转运。     

TRP通道与自噬相关性的探讨

TRP通道(Transient Receptor Potential,瞬时受体电位通道)是细胞内重要的Ca~(2+)调控通道,其在细胞内有着独特的分布及其能与其它钙离子传感元件特定地相互作用。TRP通道蛋白通过对Ca~(2+)的调控发挥调节细胞的多种生理活动,如自噬和凋亡等。其中细胞质膜或是细胞器膜上的这些钙离子通道开放后可提升胞质[Ca~(2+)]i,为自噬的启动提供Ca~(2+)。自噬启动的初衷是为了使细胞能够在缺氧、营养匮乏及病理因素等应激状态下降解细胞内某些细胞成分满足某些重要生理活动的物质需求,但有大量的研究显示过度的自噬可导致细胞发生与凋亡相关的细胞程序性死亡,因而TRP通道对自噬的调控作用与疾病的发生、发展紧密相连,如TRPML1(Transient Receptor Potential mucolipin-1)与IV型粘膜脂质沉积症相关。根据目前对TRP通道与自噬的研究结果来看,不同的TRP通道可通过不同的机制升高胞质[Ca~(2+)]i,这都与不同TRP通道蛋白在细胞内的特定分布有关,如TRPV(Transient receptor potential vanilloid)通道主要在细胞质膜或内质网膜上调控Ca~(2+),而TRPML则主要在溶酶体上发挥作用,但具体分子通路激活机制尚需进一步研究。     

芍药苷对大鼠背根神经元细胞内Ca~(2+)的影响

目的建立一种评价芍药苷对大鼠背根神经节神经元细胞内游离Ca~(2+)浓度影响的方法。方法显微解剖获取大鼠背根神经节(DRG),通过胰蛋白酶消化,过筛,用DF-12和抗有丝分裂培养液交替培养纯化,获得原代大鼠DRG神经元细胞,并采用细胞免疫荧光技术测定DRG神经元细胞纯度;采用激光共聚焦显微成像技术,观察细胞内Ca~(2+)荧光强度的变化,并对Ca~(2+)荧光强度变化率进行分析,探讨芍药苷对DRG细胞内游离钙离子浓度及辣椒素受体的影响。结果采用上述方法分离得到的DRG细胞纯度可高达95%以上,辣椒平可通过阻断辣椒素激活的瞬时受体电位通道的作用而抑制细胞内Ca~(2+)的增加。芍药苷表现出与辣椒平类似的作用,可以阻断细胞外Ca~(2+)内流。结论芍药苷可能是通过作用于TRPV1通道,而抑制DRG细胞内Ca~(2+)大量增加,本方法可以用于评价药物对大鼠DRG细胞内Ca~(2+)浓度的影响。     

利用荧光共振能量转移技术监测高通量低能量激光诱导细胞凋亡过程中caspase-3活性的动态变化

荧光共振能量转移可用于对生物大分子之间的距离进行定性、定量检测。应用荧光共振能量转移技术对高通量低能量激光诱导肺腺癌细胞凋亡过程中caspase-3的激活过程进行实时动态监测。实验结果表明:高通量低能量激光可以诱导肺腺癌细胞(human lung adenocarcinoma cell,ASTC-a-1)凋亡。同时荧光共振能量转移技术是一个有效的监测caspase-3在凋亡过程中活性动态变化的方法。     

发光菌的特性及其应用

<正>生物发光是指生物体自身发光的现象。在黑暗的背景下,暗适应后的肉眼能直接观察到这种发光。在自然界许多生物都能发光,例如水母、甲藻、荧火虫及细菌等生物,但它们发光的系统各不相同,荧火虫需要ATP参与,水母需要Ca~(2+)参与,而细菌发光则需要FMNH_2。此外,它们发光的波长也不相同:荧火虫入max为562nm,水母入max为469nm,细菌入max为495nm,这些生物发光系     

多聚甲醛固定对荧光蛋白分子间FRET效率的影响

目的：研究多聚甲醛固定对利用荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer, FRET)检测细胞中蛋白质相互作用的影响,解决运动能力较强的细胞中FRET效率检测的问题。方法：选用两个已知能够相互作用的蛋白分子TRA和TRB,将荧光蛋白ECFP和EYFP的编码基因通过融合PCR分别标记在其C端;将两个融合基因共转染靶细胞,一组细胞经低浓度（0.5%）多聚甲醛短时（0.5~1h）固定,另一组不固定,利用激光共聚焦扫描显微镜检测两个融合蛋白之间的FRET效率,比较其在两组细胞之间的差异情况。结果：经过统计学分析,在活细胞和经低浓度多聚甲醛短时间固定的细胞中,ECFP与EYFP之间的FRET效率没有显著差异。结论：低浓度短时间的多聚甲醛固定对于荧光蛋白分子之间的相互作用没有显著的影响,因此对于运动能力过强的细胞可以固定后再进行FRET检测。     

钙(Ca2+)在植物抗寒中的作用

Ca~(2+)作为植物细胞的第二信使对不同抗寒性植物起着不同的作用。冷敏感植物在冷胁迫下引起的Ca~(2+)流入不撤退,结果细胞内高浓度Ca~(2+)导致冷敏感植物的Ca~(2+)毒害。抗寒植物在冷胁迫中引起的细胞内Ca~(2+)水平的升高是短暂性的,它们在完成信使作用后即撤退。这种短暂性的高浓度Ca~(2+)可能通过激活某些有关的蛋白激酶,使某些相应的蛋白质磷酸化,从而诱发抗冻基因表达,使植物进入抗寒锻炼,发展各种抗寒特性。Ca~(2+)对抗寒特性的形成,除通过诱发抗冻基因表达发展抗寒特性外,Ca~(2+)也可能对某些抗寒特性的形成直接起作用,如Ca~(2+)对膜结构的稳定作用,刺激木质素和非纤维素多糖的合成及其在细胞壁内的沉积,以及直接调节胞间连丝孔道的开放与关闭等。