佐治亞州科學(xué)家開發(fā)新傳感器以捕獲細(xì)胞中的鈣活性

亞特蘭大——佐治亞州立大學(xué)的一組研究人員開發(fā)了一種檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)鈣活性的新方法。該研究由Regents 的化學(xué)教授 Jenny Yang領(lǐng)導(dǎo)，展示了一種紅色生物傳感器的有效性，該傳感器可以直接監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)特定位置的鈣，這一發(fā)現(xiàn)有助于更好地了解人類疾病的分子基礎(chǔ)。

鈣對(duì)許多生理過(guò)程至關(guān)重要，包括肌肉、神經(jīng)、循環(huán)和消化系統(tǒng)的健康和功能。鈣會(huì)放大信號(hào)分子，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)，控制神經(jīng)遞質(zhì)(從神經(jīng)元傳遞信號(hào)的化學(xué)信使)的釋放，觸發(fā)肌肉細(xì)胞收縮并幫助受精。鈣對(duì)于適當(dāng)?shù)墓趋佬纬梢埠苤匾?xì)胞內(nèi)的許多過(guò)程都需要或使用鈣。

鑒于這種廣泛的功能，鈣的運(yùn)動(dòng)和水平可以作為生物機(jī)制和變化的良好指標(biāo)。然而，由于所報(bào)告的傳感器響應(yīng)緩慢，之前開發(fā)可以監(jiān)測(cè)快速信號(hào)變化的鈣傳感器工具的嘗試已被證明是有限的。

“挑戰(zhàn)在于如何在非常特定的位置捕捉??這些快速變化，”楊說(shuō)，他也是診斷和治療中心的副主任兼高級(jí)轉(zhuǎn)化成像設(shè)施的主任。“例如，如果我的肌肉受傷了，就會(huì)發(fā)生特定的肌肉細(xì)胞鈣離子變化，而且變化非?？臁?rdquo;

為了更好地捕捉這些信號(hào)，Yang 和她的同事創(chuàng)造了一種方法，可以在幾種熒光蛋白的表面設(shè)計(jì)鈣結(jié)合位點(diǎn)。這項(xiàng)發(fā)表在Angewandte Chemie雜志上的研究表明，被稱為 R-CatchER 的紅鈣傳感器在檢測(cè)多種細(xì)胞類型的鈣信號(hào)方面非常敏感。這一發(fā)現(xiàn)是楊和她的團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)突破，他們花了數(shù)十年時(shí)間開發(fā)和完善他們的技術(shù)。他們最近在 iScience 雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于開發(fā)綠色鈣傳感器 G-CatchER+ 的論文。

“我們使用的蛋白質(zhì)能夠識(shí)別轉(zhuǎn)瞬即逝的變化并直接測(cè)量鈣的活性，”楊說(shuō)。“我們可以監(jiān)測(cè)健康細(xì)胞中的鈣事件，看看它們?cè)诩膊顟B(tài)下是如何變化的。”

最終，R-CatchER 可用于實(shí)驗(yàn)室研究和研究;例如，確定鈣的變化與特定疾病之間是否存在聯(lián)系。他們的技術(shù)還可以幫助藥物發(fā)現(xiàn)。

“我們有一種獨(dú)特的方法來(lái)了解鈣如何控制衰老事件或疾病狀態(tài)。這種工具可以準(zhǔn)確地告訴科學(xué)家哪個(gè)信號(hào)通路與疾病有關(guān)，以及當(dāng)用藥物化合物治療時(shí)它是如何變化的，”楊說(shuō)。“它可以顯示藥物需要靶向的特定位置才能有效。”

研究人員表示，下一步是將該技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)物模型，以幫助更好地了解各種細(xì)胞事件如何與疾病相關(guān)。

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