含Dsred类似生色团的红色荧光蛋白的发展及应用

自从绿色荧光蛋白(GFP)被发现以来,荧光蛋白在生物医学领域已经成为一种重要的荧光成像工具．随着红色荧光蛋白DsRed的出现,各种优化的DsRed突变体和远红荧光蛋白也不断涌现．其中荧光蛋白生色团的形成机制对改建更优的荧光蛋白变种影响很大,对于红色荧光蛋白而言,大多数的红色荧光蛋白的生色团类型为DsRed类似生色团,在此基础上又出现了Far-red DsRed类似生色团．目前,含DsRed类似生色团的荧光蛋白主要有单体红色荧光蛋白、光转换荧光蛋白、斯托克斯红移蛋白、荧光计时器等．这些优化的荧光蛋白作为分子探针可以实现对活细胞、细胞器或胞内分子的时空标记和追踪,已经在生物工程学、细胞生物学、基础医学领域得到广泛应用．本文综述了含DsRed类似生色团的荧光蛋白的研究进展及其应用,以及由此发展起来的远红荧光蛋白在活体显微成像技术中的应用,并展望了荧光探针技术研究的新方向．     

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。     

甲基营养菌Methylobacterium extorquens AM1中最适荧光蛋白报告基因的鉴定

近年来荧光蛋白成为基因工程中常用的遗传标记,详尽解读不同荧光蛋白基因在甲基营养菌中的表达可以鉴定最适的荧光报告基因。克隆了常用的绿色荧光蛋白eGFP、红色荧光蛋白mCherry、黄色荧光蛋白YFP以及其他来源的绿色荧光蛋白wGFP和红色荧光蛋白RFP共5种荧光基因,构建相应的表达载体并在甲基营养菌Methylobacterium extorquens AM1中进行表达。通过荧光成像观察和SDS-PAGE蛋白凝胶电泳进行荧光蛋白表达鉴定。通过细菌生长曲线、荧光总量和相对荧光强度的测定,进行荧光稳定性和表达强度的鉴定。结果在转化子中均检测到目的荧光蛋白条带,但RFP荧光表达量痕量且未检测到荧光成像;稳定性最强和相对荧光强度最高的是YFP,是常用eGFP的1.6倍,mCherry的3.4倍。在M. extorquens AM1中最适荧光蛋白为YFP。     

绿色荧光蛋白及其应用

随着对绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)研究的不断深入,人们对其结构、荧光产生机理等已有较为全面的认识。近年来利用GFP及其它荧光蛋白(FPs)发展了诸如荧光互补技术(FC)、荧光共振能量转移技术(FRET)和超分辨成像(super-resolution imaging)等一系列新技术,极大地促进了生物学、医药科学的研究。主要介绍了荧光蛋白的结构,荧光产生的机理,不同类型的荧光蛋白和基于荧光蛋白产生的新技术等方面的最新研究进展。     

利用荧光蛋白对大肠杆菌蛋白质Tat转运系统的研究

探讨了荧光蛋白作为报告蛋白用于蛋白质转运系统研究的可行性 ,结果表明海葵红色荧光蛋白聚集在细胞质内 ,不能转运至周质空间。而水母绿色荧光蛋白在Tat信号肽和Tat转运酶的共同作用下 ,以折叠形式转运至周质空间。通过荧光定量分析表明信号肽保守序列中的双精氨酸是保证绿色荧光蛋白转运及转运效率所必需的 ,且第二个精氨酸比第一个精氨酸更为重要。同时 ,揭示了Tat信号肽需要一定的高级结构才能行使功能 ;Tat信号肽不仅引导蛋白质的转运 ,而且也参与蛋白质的折叠。因此 ,绿色荧光蛋白是非常理想的报告蛋白 ,可用于研究Tat系统 ,但是海葵红色荧光蛋白易于聚集而不适合于此目的。     

荧光蛋白研究进展

荧光蛋白在生物学众多研究领域中有着广泛的应用,基于荧光蛋白的分子探针和标记方法已成为活细胞或活体内动态成像研究生物大分子或细胞功能的重要工具。本文对现有荧光蛋白的种类和理化特性,及其在生物学研究中的应用进行了综述介绍。重点介绍了近年来荧光蛋白在亮度、Stokes位移、光谱改变等方面的研究进展,介绍了光转换与光活化荧光蛋白及其在超分辨荧光成像技术中的应用。最后对荧光蛋白未来的发展方向进行了展望。     

绿色荧光蛋白基因作为报告基因在水稻基因转化中的应用研究

本研究中 ,构建了含有编码绿色荧光蛋白的改进型基因质粒pJPM5。用基因枪法分别把pJPM5和另一带有绿色荧光蛋白基因的质粒pSBG70 0转入水稻TNG6 7愈伤组织。用South ern杂交法证实了转基因的存在 ,而且表明多数转基因植株含有 1到 8个拷贝的转基因。取 2个月的转基因植株上的叶片用于分析绿色荧光蛋白基因表达。用SLM - 80 0 0荧光分析仪定量测定绿色荧光蛋白。多数转基因植株具有很高的绿色荧光蛋白信号。虽然水稻植株有少量自发荧光 ,但是绿色荧光蛋白基因表达出的绿色荧光蛋白信号比植株的自发荧光强得多 ,其测定不会受自发荧光的太大影响。在荧光显微镜下观察到了绿色荧光蛋白基因的表达。借助观察分析绿色荧光蛋白基因的瞬时表达 ,本研究还发现基因枪法转化中 ,如果两枪的气压为90 0psi& 135 0psi,比两枪的气压都为 90 0psi或者 135 0psi更好 ,因其能使质粒进入更多的细胞。研究结果表明 ,绿色荧光蛋白基因可以作为水稻 (甚至小麦、玉米 )转基因研究中的报告基因。研究还显示 ,MAR序列能明显增强绿色荧光蛋白基因的表达能力 (这一结果在另文讨论 ) .     

藻胆蛋白荧光探针及其标记

藻胆蛋白是一系列新型的荧光标记探针,具有优良的荧光特性,以藻胆蛋白荧光探针标记抗体还可用于血清可溶性抗原（或抗体）的荧光免疫检测,其标记方法可分为直接法和间接法。结合藻胆蛋白的特点,研究藻胆蛋白的标记方法有助于提高荧光免疫检测的灵敏度。     

绿色荧光蛋白与 HCV 核心蛋白的融合及在大肠杆菌中的高效表达

利用基因工程重组技术获得了绿色荧光蛋白（ｇｆｐ）基因与ＨＣＶ核心蛋白（ｃｏｒｅ）基因的嵌合体,并在大肠杆菌中高效表达了４８ｋＤａ的融合蛋白,经ＤｏｔＥＬＩＳＡ和Ｗｅｓｔｅｒｎｂｌｏｔ免疫活性分析证实,融合蛋白仍具有ｃｏｒｅ抗原的三个免疫活性部位,同时用荧光显微镜观察并用荧光光度计测定了大肠杆菌表达的融合蛋白的荧光光谱,结果证实,我们在大肠杆菌中表达的ＧＦＰｃｏｒｅ融合蛋白既能发射易于检测的绿色荧光,又具有ＨＣＶ核心蛋白的抗原活性,实现了用绿色荧光蛋白等分子标记抗原,为免疫诊断新方法的建立,打下了理论基础。     

光激活荧光蛋白及其在植物分子细胞生物学研究中的应用

光激活荧光蛋白是指用特定光照射时, 其荧光特性发生显著改变的一类荧光蛋白。借助光激活荧光蛋白的这种特性,可以实现对活细胞、细胞器或胞内分子的时空标记和追踪。该文介绍了目前光激活荧光蛋白的性质, 并从多个方面对其应用进行了概括, 包括分子标记与动态分析、蛋白质相互作用、细胞器及细胞组分动态研究、细胞追踪以及在光激活定位显微镜中的应用等, 且对目前光激活荧光蛋白在植物分子细胞生物学中的应用进行了详细介绍。     

光激活荧光蛋白及其在植物分子细胞生物学研究中的应用

光激活荧光蛋白是指用特定光照射时,其荧光特性发生显著改变的一类荧光蛋白。借助光激活荧光蛋白的这种特性,可以实现对活细胞、细胞器或胞内分子的时空标记和追踪。该文介绍了目前光激活荧光蛋白的性质,并从多个方面对其应用进行了概括,包括分子标记与动态分析、蛋白质相互作用、细胞器及细胞组分动态研究、细胞追踪以及在光激活定位显微镜中的应用等,且对目前光激活荧光蛋白在植物分子细胞生物学中的应用进行了详细介绍。     

荧光标记技术在肿瘤模型研究中的应用

目的利用绿色荧光小鼠和红色荧光蛋白标记肿瘤细胞,建立荧光标记的小鼠肿瘤模型,并建立活体荧光成像和荧光显微镜成像在整体和细胞水平直接观察肿瘤的技术。方法将小鼠B16黑色素瘤细胞接种到绿色荧光蛋白转基因小鼠皮下,建立GFP小鼠肿瘤模型。以红色荧光蛋白作为标记基因导入小鼠黑色素瘤细胞B16细胞,建立稳定表达红色荧光蛋白的细胞株。将表达红色荧光蛋白B16细胞接种到绿色荧光转基因小鼠皮下,建立双荧光小鼠肿瘤模型。用荧光显微镜和活体荧光成像系统检测小鼠肿瘤的发生发展。结果分别建立了GFP小鼠肿瘤模型和双色荧光小鼠肿瘤模型。利用活体荧光影像仪可以观察双色荧光小鼠模型中受体绿色荧光组织和红色荧光移植肿瘤相互融合。利用荧光显微镜,可以观察到肿瘤内绿色荧光标记的来源于受体小鼠的血管和免疫细胞。经香菇多糖刺激的GFP小鼠肿瘤模型的移植瘤组织中,来源于受体小鼠绿色荧光标记的免疫细胞明显多于经生理盐水刺激的对照小鼠。结论利用绿色荧光小鼠和红色荧光RFP标记肿瘤细胞建立荧光标记的小鼠肿瘤模型,采用活体荧光成像仪和荧光显微镜可在整体和细胞水平直接观察肿瘤的生长以及肿瘤与宿主的相互作用。     

红色荧光蛋白的研究进展

从荧光蛋白的首次发现至今,其不断丰富的荧光光谱以及日益增多的光化学特性促使其在生物学研究中的地位不断提升。1999年出现的红色荧光蛋白以其卓越的优势在生物学研究中占领了重要地位。主要介绍了从红色荧光蛋白发现至今日趋重要的原因,以及它的显著优势。另外,重讨论了目前几种常见的红色荧光蛋白的特性及其在生物学研究中存在的优势和不足之处,为今后红色荧光蛋白的研究提供一个选择。     

嗜热蓝藻层理鞭枝藻（Mastigocladus laminosus）藻胆体在解离过程中荧光发射光谱和光能传递的研究

研究了层理鞭枝藻藻胆体在不同浓度磷酸缓冲溶液中解离过程中荧光发射光谱的变化和光能传递。完整藻胆体的７７Ｋ荧光光谱中只有一个峰,位于６８５ｎｍ它是末端发射体（核心－膜连接多肽和别藻蓝蛋白－Ｂ）的荧光峰。部分解离藻胆体的荧光光谱的主峰位移至６５２ｎｍ：次峰位于６８５ｎｍ;６６０ｎｍ为一弱荧光发射肩。它们依次为Ｃ－藻蓝蛋白,末端发射体和别藻蓝蛋白的荧光。严重解离藻胆体的荧光主峰移６４４ｎｍ;次峰由６８５ｎｍ移至６８２ｎｍ;６６０ｎｍ荧光发射肩消失。这表明Ｃ－藻蓝蛋白所捕获的光能已不能传递给别藻蓝蛋白,但可传递给末端发射体洞时又表明Ｃ－藻蓝蛋白不仅与别藻蓝蛋白相连接而且还与末端发射体相连接。提出该藻胆体光能传递链如下：核心－膜连接多肽藻红蓝蛋白→Ｃ－藻蓝蛋白→别藻蓝蛋白别藻蓝蛋白－Ｂ     

重组腺相关病毒小鼠骨骼肌中近红外荧光蛋白表达及活体成像

近红外荧光蛋白因激发光和发射光波长位于近红外区,在动物组织中光吸收和光散射最低,更适宜于动物活体组织的深层成像.构建了一种携带近红外荧光蛋白(near-infrared fluorescent protein,iRFP)713基因的重组表达质粒pAAV-iRFP713,将重组表达质粒与辅助质粒共转染AAV-293细胞,包装重组腺相关病毒(recombinant adeno-associated virus,rAAV)rAAV-iRFP713.重组腺相关病毒表达载体感染体外培养的癌细胞,48h后,荧光显微镜检测显示近红外荧光蛋白在癌细胞中高效表达,荧光明亮.重组腺相关病毒表达载体注射小鼠骨骼肌,48h后,用近红外荧光活体成像系统检测证明近红外荧光蛋白在小鼠骨骼肌中表达较强, 活体组织成像清晰.实验结果表明近红外荧光蛋白在体内体外均能很好地表达并荧光成像,为动物活体组织标记和成像的研究提供新方法.     

绿色荧光蛋白与 HCV 核心蛋白的融合及在大肠杆菌中的高效表达

利用基因工程重组技术获得了绿色荧光蛋白（ｇｆｐ）基因与ＨＣＶ核心蛋白基因的嵌合体,并在大肠杆菌中高效表达了４８ｋＤａ的融合蛋白,经Ｄｏｔ－ＥＬＩＳＡ和Ｗｅｓｔｅｒｎ ｂｌｏｔ免疫活性分析证实,融合蛋白仍具有ｃｏｒｅ抗原的三个免疫活性部位,同时用荧光显微镜观察并用荧光光度计测定了大肠直菌表达的融合蛋白的荧光光谱,结果证实,我们在大肠杆菌中表达的ＧＦＰ－ｃｏｒｅ融合蛋白既能发射易于检测的绿色荧光,又具     

绿色荧光裸鼠的建立和验证

目的建立系统性表达绿色荧光蛋白的裸鼠,接种人源肺癌细胞验证该模型是否具有免疫缺陷性,并观察双色荧光的成像效果。方法利用系统性表达绿色荧光蛋白的C57BL/6J小鼠与BALB/C裸小鼠多代杂交和互交,建立稳定表达绿色荧光蛋白的裸鼠。大体解剖观察胸腺生长情况,整体和器官荧光成像验证绿色荧光蛋白的表达情况。以2×106/只的剂量对其皮下腋下接种表达红色荧光蛋白的人类A549肺癌细胞（RFP-A549）,通过观测肿瘤生长来验证模型的免疫缺陷性。同时,利用红色荧光标记的肿瘤和绿色宿主鼠,对双色的整体成像效果进行观测。结果构建出系统性表达绿色荧光蛋白的裸鼠,大体解剖可见胸腺缺失。在激发光的激发下,绿色荧光裸鼠全身发出清晰的绿色荧光,脑、心脏、肺脏、肝脏、肾脏,肠胃及胰腺等主要器官可见明显绿色荧光。接种RFP-A549细胞后,成瘤率达到100%,整体动物荧光成像表现出清晰的双色。结论本研究构建出的绿色荧光裸鼠,动物整体可以清晰地表达绿色荧光并具有免疫缺陷性     

利用荧光蛋白标记西瓜枯萎病菌的过氧化物酶体及细胞核

西瓜枯萎病是一种世界范围的西瓜毁灭性病害,其病原菌为尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusarium oxysporum f.sp.niveum,FON)。研究病原菌生长发育和侵染的机制是解决病害的根本途径。利用荧光蛋白对细胞或细胞器进行标记,是病原菌研究中的重要方法。该研究利用绿色荧光蛋白和红色荧光蛋白对FON的细胞核和过氧化物酶体进行了荧光标记。通过农杆菌介导转化(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,AtMT),该文将3种不同的荧光定位载体分别导入FON,获得了细胞核红色荧光标记的转化子(潮霉素抗性,含mCherry-H2B融合蛋白),以及过氧化物酶体绿色(潮霉素抗性,含GFP-PTS1融合蛋白)和红色(潮霉素抗性,含DsRED-PTS1融合蛋白)荧光标记的转化子各1种。在标记细胞核的菌株中,菌丝、孢子都可见明亮、圆形的红色荧光点,荧光点与DAPI染色标记的细胞核区域完全重合。在过氧化物酶体标记的菌株中,菌丝、孢子中可见明亮的红色或绿色荧光成小点状分布,符合过氧化物酶体的分布特征,而且在脂类物质诱导的条件下,荧光点的数量明显增加。此外,该文还利用细胞壁荧光染色剂卡氏白对3种荧光蛋白标记菌株进行染色。结果显示,卡氏白染色产生的蓝色荧光与红、绿荧光蛋白的荧光在FON中互不干扰。转化子继代培养和初步分析表明,其表型与野生型无差异,菌株继代后荧光表达稳定、定位明显。该结果为进一步研究FON细胞器动态、生长发育与致病分子机制提供了方法和工具。     

板栗疫病菌绿色荧光与红色荧光蛋白共定位载体的构建

低毒病毒-板栗疫病菌组合是研究病毒与宿主相互作用的一个优秀的模式系统.我们构建了含绿色荧光蛋白基因gfp的载体pCPXHY2GFP与含红色荧光蛋白基因rfp的载体pCPXG418RFP,并用于转化野生型菌株EP155,获得了以潮霉素为筛选标记、表达绿色荧光蛋白的转化株pCPXHY2GFP/EP155和以G418为筛选标记、表达红色荧光蛋白的转化株pCPXG418RFP/EP155.将载体pCPXG418RFP转化pCPXHY2GFP/EP155,获得的转化株能观察到绿色荧光蛋白与红色荧光蛋白共定位的现象.板栗疫病菌绿色荧光与红色荧光共定位载体pCPXHY2GFP与pCPXG418RFP的构建,为深入研究病毒与宿主相互作用的分子机制提供了强有力的研究材料.     

PALM成像中激光强度和定位精度相关性的研究

近十年来,基于单分子定位的PALM成像技术快速发展,将显微镜的分辨率提高到了2-25nm。本文发现PALM成像过程中采用的激发光强度与成像的定位精度之间有密切的联系。我们分别选择了PALM成像使用的光激活荧光蛋白、光转换荧光蛋白和光开关荧光蛋白中最常用的荧光蛋白进行验证。实验发现伴随激光强度的增加,大部分荧光蛋白的光子数先升高然后趋于饱和,背景噪声几乎线性升高。进一步分析发现荧光蛋白的定位误差随着激光强度增强先降低后升高,因此选用合适的激光强度在PALM成像实验中至关重要。如何提高PALM成像的分辨率一直是科学家研究的热点,本研究内容可以指导研究人员在PALM成像中选用合适的激发光强度,从而得到高分辨率的图像。