利用荧光共振能量转移技术研究活细胞TLR4与MD-2作用结构域

脂多糖(LPS)的识别和信号转导是宿主发生防御反应的关键,Toll样受体4(TLR4)与髓样分化蛋白-2(MD-2)形成复合物在LPS的识别及其信号转导中发挥了重要作用．研究TLR4与MD-2结合的功能结构域,对于深入了解LPS信号转导机制及其内毒素休克的防治具有重要意义．运用基于强度的三通道荧光共振能量转移技术(FRET)及基因突变和转染技术,研究了活细胞TLR4与MD-2作用的结构域．结果表明：N端Glu²⁴～Met⁴¹缺失使TLR4与MD-2结合能力明显下降;LPS刺激后TLR4聚合迅速增加,而缺失Glu²⁴～Met⁴¹的TLR4不能聚合．上述结果提示,TLR4的Glu²⁴～Met⁴¹不仅是结合MD-2的区域,并且还参与了LPS刺激后TLR4的聚合作用．     

单分子荧光共振能量转移技术

单分子荧光共振能量转移技术（single molecule fluorescence resonance energy transfer,smFRET）通过检测单个分子内的荧光供体及受体间荧光能量转移的效率,来研究分子构象的变化。在单分子探测技术发展之前,大多数的分子实验是探测分子的综合平均效应（ensemble averages）,这一平均效应掩盖了许多特殊的信息。单分子探测可以对体系中的单个分子进行研究,得到某一分子特性的分布状况,也可研究生物分子的动力学反应。介绍了近来单分子荧光共振能量转移技术的进展。     

利用FRET技术研究Hepcidin 和Fpn 相互作用

铁是生命必需的微量元素,ferroportin(Fpn)是小肠吸收细胞铁释放的重要蛋白。新近发现肝脏分泌的抗菌多肽 hepcidin 具有调节肠铁吸收的重要作用,但目前尚缺少Fpn和hepcidin发生作用的实验依据。应用荧光共振能量转移技术(fluorescence resonance energy transfer ,FRET)对hepcidin和Fpn之间的作用关系进行了深入研究。首先进行了hepcidin-CF P融合蛋白表达载体的构建及表达鉴定;然后对含YFP,Fpn-YFP基因动物细胞表达载体的构建、表达和FRET检测。实验结果证实hepcidin和Fpn之间存在直接的相互作用,并发现两种蛋白发生相互作用后hepcidin也在细胞质中有分布。为临床治疗铁代谢紊乱性疾病提供了新的治疗策略和重要理论依据。     

FRET技术及其在蛋白质-蛋白质分子相互作用研究中的应用

简要综述了FRET方法在活细胞生理条件下研究蛋白质-蛋白质间相互作用方面的最新进展.蛋白质-蛋白质间相互作用在整个细胞生命过程中占有重要地位,由于细胞内各种组分极其复杂,因此一些传统研究蛋白质-蛋白质间相互作用的方法,例如酵母双杂交、免疫沉淀等可能会丢失某些重要的信息,无法正确地反映在当时活细胞生理条件下蛋白质-蛋白质间相互作用的动态变化过程.荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer, FRET）是近来发展的一项新技术,此项技术的应用,为在活细胞生理条件下对蛋白质-蛋白质间相互作用进行实时的动态研究,提供一个非常便利的条件.     

连接酶介导的诱导荧光共振能量转移法检测基因点突变

发展了一种基于连接酶介导的诱导荧光共振能量转移技术用于基因点突变的准确快速检测方法.针对特定突变位点设计的核酸探针.当与模板之间完全匹配时,被连接形成一条长的双链,双链特异性嵌入荧光染料SYBR Green I插入新生的双链区域.诱导荧光共振能量转移发生.相反,核酸探针与模板之间不匹配,则不能诱导荧光共振能量转移的出现.利用该方法,成功实现了β地中海贫血遗传病两种普遍存在的点突变Ivs-2-654(C→T)和CD17(A→T)的基因型检测.     

用荧光共振能量转移研究synaptotagmin 胞质部分的寡聚化

目前人们公认synaptotagmin在神经递质释放过程中作为钙离子感受器而发挥作用。以前的研究发现,synaptotagmin存在两种形式的寡聚化,一种是通过跨膜区以及随后的中间链部分介导的寡聚化;另一种是通过胞质部分（C2AB）介导的寡聚化。对于后者有很多争议。在这篇文章中,作者用荧光共振能量转移的方法,在尽可能接近生理的条件下,证明了C2AB在有细胞膜和游离的钙离子的条件下能够寡聚化。而且,抽提细胞膜上的胆固醇或者封闭膜上的磷酸肌醇二磷酸能抑制C2AB在膜上的寡聚。     

利用荧光共振能量转移检测外源信号分子对拟南芥ATP水平的影响

本研究使用ATP特异性荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)为基础的荧光蛋白传感器(Ateam1.03-nD/nA),分析了4种外源信号分子(细胞外ATP、Ca²⁺、H₂O₂和NO)对拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)幼苗叶绿体和细胞质中ATP水平的影响。结果显示,细胞质ATP水平整体高于叶绿体,在4种不同浓度的信号分子处理下,叶绿体Ateam1.03-nD/nA的FRET比值仅在1.2 ~ 1.8波动;细胞质Ateam1.03-nD/nA 的FRET比值仅在2.2 ～ 3.0之间波动,未产生显著变化。结果表明在以上外源信号分子的作用下,植物细胞质和叶绿体ATP均维持在较为稳定的水平。     

单分子荧光共振能量转移技术在核糖体移位研究中的进展

核糖体是蛋白质的"合成工厂",也是临床上多种抗菌药物的作用靶点,因此,深入理解细菌核糖体的蛋白质翻译机制意义重大.蛋白质翻译是通过多步骤相互协调、多组分精细配合来实现高保真和精确调控.核糖体在mRNA上的移位作为翻译过程中最重要的事件之一,需要核糖体大规模的构象重排以及tRNA2-mRNA沿着核糖体的精确移动.在细菌中,移位是由延伸因子EF-G催化GTP水解来驱动的.近年来,单分子荧光共振能量技术(smFRET)的发展使得人们可以探究单个tRNA分子移位的动力学过程并实时观测核糖体的构象变化.本文首先介绍了smFRET技术的原理及特点,对其在核糖体结构动态及tRNA移位研究中的应用进行了较为系统的总结,并对其应用前景进行了展望.     

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。     

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     

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。     

基于C6流式细胞仪平台应用FRET技术在活细胞中研究蛋白质相互作用

荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)显微镜技术被广泛应用于在活细胞中研究蛋白质相互作用。随着流式细胞术(fluorescence activated cell sorting,FACS)的发展与应用,FACS-FRET技术不但可以检测活细胞中蛋白质相互作用,还可以进行定量统计分析。由于流式细胞仪价格昂贵、FRET技术对荧光基团发光光谱的特殊要求等原因,目前为止FACS-FRET技术仅仅被应用到一些特殊的科学研究。为了解决这些问题,构建了一对新的FRET荧光基团EGFP-m Cherry,并且在小型流式细胞仪C6上检测了EGFP-m Cherry融合蛋白的FRET信号,最后使用已明确有相互作用关系的p53蛋白和MDM2蛋白做验证,证明了所构建的EGFPm Cherry可以作为检测FRET信号的荧光基团。不仅促进了FACS-FRET技术的发展,还为人类疾病治疗的药物作用靶点研究提供了有利的研究手段。     

Protein localization in living cells and tissues using FRET and FLIM

Interacting proteins assemble into molecular machines that control cellular homeostasis in living cells. While the in vitro screening methods have the advantage of providing direct access to the genetic information encoding unknown protein partners, they do not allow direct access to interactions of these protein partners in their natural environment inside the living cell. Using wide-field, confocal, or two-photon (2p) fluorescence resonance energy transfer (FRET) microscopy, this information can be obtained from living cells and tissues with nanometer resolution. One of the important conditions for FRET to occur is the overlap of the emission spectrum of the donor with the absorption spectrum of the acceptor. As a result of spectral overlap, the FRET signal is always contaminated by donor emission into the acceptor channel and by the excitation of acceptor molecules by the donor excitation wavelength. Mathematical algorithms are required to correct the spectral bleed-through signal in wide-field, confocal, and two-photon FRET microscopy. In contrast, spectral bleed-through is not an issue in FRET/FLIM imaging because only the donor fluorophore lifetime is measured; also, fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) measurements are independent of excitation intensity or fluorophore concentration. The combination of FRET and FLIM provides high spatial (nanometer) and temporal (nanosecond) resolution when compared to intensity-based FRET imaging. In this paper, we describe various FRET microscopy techniques and its application to protein-protein interactions.     

FRET and optical trapping reveal mechanisms of actin activation of the power stroke and phosphate release in myosin V

Myosins generate force and motion by precisely coordinating their mechanical and chemical cycles, but the nature and timing of this coordination remains controversial. We utilized a FRET approach to examine the kinetics of structural changes in the force-generating lever arm in myosin V. We directly compared the FRET results with single-molecule mechanical events examined by optical trapping. We introduced a mutation (S217A) in the conserved switch I region of the active site to examine how myosin couples structural changes in the actin- and nucleotide-binding regions with force generation. Specifically, S217A enhanced the maximum rate of lever arm priming (recovery stroke) while slowing ATP hydrolysis, demonstrating that it uncouples these two steps. We determined that the mutation dramatically slows both actin-induced rotation of the lever arm (power stroke) and phosphate release (≥10-fold), whereas our simulations suggest that the maximum rate of both steps is unchanged by the mutation. Time-resolved FRET revealed that the structure of the pre– and post–power stroke conformations and mole fractions of these conformations were not altered by the mutation. Optical trapping results demonstrated that S217A does not dramatically alter unitary displacements or slow the working stroke rate constant, consistent with the mutation disrupting an actin-induced conformational change prior to the power stroke. We propose that communication between the actin- and nucleotide-binding regions of myosin assures a proper actin-binding interface and active site have formed before producing a power stroke. Variability in this coupling is likely crucial for mediating motor-based functions such as muscle contraction and intracellular transport.     

Caspase-3参与调控蟾酥诱导人肺腺癌(ASTC-a-1)细胞的凋亡

采用基因质粒转染技术、荧光发射谱检测分析以及荧光共振能量转移(FRET)受体光漂白技术,首次在活细胞中实时检测中药蟾酥(Chan-Su,CS或bufonis venenum)诱导人肺腺癌(ASTC-a-1)细胞凋亡过程中caspase-3的活化特性.采用CCK-8(Cell Couneing Kit-8)技术检测发现,蟾酥对细胞的活性具有显著的抑制作用;蟾酥处理稳定表达FRET质粒SCAT3的人肺腺癌细胞后,在不同的时间检测活细胞中SCAT3的荧光光谱;利用共聚焦扫描荧光显微成像技术检测蟾酥处理后细胞的形态,从而进一步证实蟾酥诱导细胞凋亡.实验结果表明:a.蟾酥可以有效抑制人肺腺癌(ASTC-a-1)细胞的增殖活性并诱导细胞的死亡.蟾酥对细胞的抑制作用具有剂量依赖性;b.蟾酥处理细胞6 h后能检测到明显的细胞凋亡小体,连续作用24 h后细胞全部皱褶,并有部分细胞破碎;c.蟾酥作用细胞2 h就能明显切割细胞内的SCAT3,细胞内SCAT3的切割程度随着蟾酥作用时间的延长而增加,24 h内细胞内的SCAT3完全被切割.受体光漂白实验也证实了该结论,表明caspase-3参与调控了蟾酥诱导的细胞凋亡过程.     

消癌平诱导caspase-3活化动态过程的实时监测

消癌平是从萝摩科(Asclepiadaceae)植物通关藤(Marsdenia tenacissima)根部提取的药物,已经广泛应用于癌症和多种炎症的临床治疗,并且具有较好的疗效。将消癌平注射液与细胞培养液按照1∶1的比例混合后共同培养人肺腺癌(ASTC-a-1)细胞,通过CCK-8方法检测发现消癌平能够显著抑制细胞的增长。然后利用荧光共聚焦扫描显微镜和荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)技术在稳定表达了SCAT3质粒的单个ASTC-a-1细胞中实时动态监测消癌平处理后SCAT3的空间分布以及SCAT3被caspase-3切割的动态过程。实验结果表明:消癌平处理后20 min中SCAT3开始向细胞核以及细胞膜部位转移,约在100min左右SCAT3被迅速切割。     

利用FRET技术在活细胞内观察EGF对PKA作用的时空成像

cAMP依赖的蛋白激酶(protein kinase A,PKA)在细胞生长与分化过程中扮演重要角色,特别是在调节Ras信号通路引起的细胞增殖效应中起着重要作用。为了在活细胞内动态观察表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)对PKA的作用,采用一种可以检测PKA酶活性的报告蛋白(A-kinase activity reporter,AKAR)——这种报告蛋白是利用荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)原理设计的,使其在人类肺癌细胞(ASTC-a-1)中稳定表达。加入EGF刺激因子后,随时间变化的成像分析显示出在活细胞生理条件下被EGF作用的PKA酶活性变化的时空信息。这些资料为EGF作用PKA提供了直接的实时证据。     

High spatio-temporal resolution measurement of A1R and A2AR interactions combined with Iem-spFRET and E-FRET methods

A₁R-A_2AR heterodimers regulate striatal glutamatergic neurotransmission. However, few researches about kinetics have been reported. Here, we combined Iem-spFRET and E-FRET to investigate the kinetics of A₁R and A_2AR interaction. Iem-spFRET obtains the energy transfer efficiency of the whole cell. E-FRET gets energy transfer efficiency with high spatial resolution, whereas, it was prone to biases because background was easily selected due to manual operation. To study the interaction with high spatio-temporal resolution, Iem-spFRET was used to correct the deviation of E-FRET. In this paper, A₁R and A_2AR interaction was monitored, and the changes of FRET efficiency of the whole or/and partial cell membrane were described. The results showed that activation of A₁R or A_2AR leads to rapid aggregation, inhibition of A₁R or A_2AR leads to slow segregation, and the interaction is reversible. These results demonstrated that combination of Iem-spFRET and E-FRET could measure A₁R and A_2AR interaction with high spatio-temporal resolution.