「探針王子」李毓龍又發布新探針啦

2021-02-19 brainnews

去年，brainnews為大家盤點過「探針王子」李毓龍近2年的成績——「探針王子」李毓龍的這兩年：成績斐然！

半年過去了，「探針王子」李毓龍實驗室繼續發力，發布多個新探針！下面讓我們來一起學習一下。


紅色GRAB DA探針和第二代綠色GRAB DA探針

2018年，李毓龍實驗室開發出第一代基於G蛋白偶聯受體的綠色螢光多巴胺探針（GPCR-Activation-Based sensor for DA，簡稱GRABDA），該探針克服了已有多巴胺檢測手段中時空解析度低、分子特異性低的問題，被廣泛地應用於活體果蠅、小鼠、斑馬魚、斑馬雀等模式生物的多巴胺功能研究。

圖1. 新型紅色多巴胺探針和第二代綠色多巴胺探針的螢光響應情況

本次，他們在發表的第一代探針的基礎上繼續進行改造與優化，成功開發出新型的具有紅色螢光的多巴胺探針（rGRABDA1m和rGRABDA1h）和具有更高靈敏度及成像信噪比的第二代綠色螢光多巴胺探針（GRABDA2m和GRABDA2h）。新型紅色探針可以與已有的綠色螢光探針（如鈣離子探針，其他神經遞質探針）共同使用實現雙色成像，第二代綠色螢光探針較第一代探針在反應幅度上提升約3倍（圖1）。

探針詳情：新探針 | 紅色GRAB DA探針和第二代綠色GRAB DA探針


五羥色胺探針可實現活體動物五羥色胺信號的實時靈敏檢測


基於GRAB探針的開發原理，通過利用自然進化的五羥色胺G蛋白偶聯受體在感受配體後會發生構象改變的特性，將其與循環重排的螢光蛋白偶聯，把構象變化轉換為可以檢測的光學信號，開發出了可遺傳編碼並能夠特異性檢測五羥色胺的螢光探針，命名為GPCR-Activation-Based sensor for 5-HT，簡稱GRAB5-HT 。通過蛋白質工程的手段，對GRAB5-HT 探針進行了一系列的優化篩選，並最終得到了具有高特異性，高親和力，亞秒級別反應動力學，以及高時空解析度的五羥色胺探針。

 

圖2 五羥色胺探針GRAB5-HT1.0 在體外培養的細胞中的特性刻畫

GRAB5-HT1.0 探針在體外培養的神經元上對外源加入的飽和濃度的5-HT 可以達到~300%的響應，對應的作為對照組的GRAB5-HTmut （對5-HT不響應）則沒有明顯的螢光強度變化（圖2b）。同時，該探針對5-HT具有較快的響應速度，可以達到亞秒級別（圖2c）。除此之外，該探針還具有較好的特異性，只對5-HT有響應，對其它神經遞質/調質則不響應（圖2d）。


探針詳情：新探針 | 五羥色胺探針可實現活體動物五羥色胺信號的實時靈敏檢測


基於GRAB探針策略，即將神經遞質特異的G蛋白偶聯受體結合配體後的激活轉變為螢光信號變化的策略，實驗室之前的工作成功構建了第一個能夠活體檢測乙醯膽鹼動態變化的螢光探針，GRABACh2.0（ACh2.0）,其可實現對體外和體內乙醯膽鹼的快速及特異的螢光檢測（Jing M, et al., Nature Biotechnology, 2018）。本工作旨在進一步提高乙醯膽鹼探針的檢測靈敏度，在已有探針的基礎上進行了系統性突變篩選，最終獲得了新版本探針，命名為GRABACh3.0 （ACh3.0）。

圖3：新一代乙醯膽鹼探針ACh3.0具有明顯提高的檢測靈敏度

我們在培養神經元、急性小鼠腦片和活體轉基因果蠅等一系列系統中對ACh3.0和ACh2.0進行了系統的比較。ACh3.0在結合乙醯膽鹼後表現出接近300%的最大螢光變化量，比ACh2.0探針的反應增大了三倍以上（圖3，a）。同時，應用ACh3.0探針可觀測到果蠅嗅覺中樞蘑菇體在接受特定刺激後表現出空間特異的乙醯膽鹼信號，暗示乙醯膽鹼信號可能通過不同的時空特徵來進行信息編碼（圖3，b）。


探針詳情：新探針 | 新一代乙醯膽鹼探針可實現活體膽鹼能信號的靈敏檢測



更多關於新探針的消息，請關注微信公眾號：李毓龍實驗室（ID：yulonglilab）

本文中探針的獲取方式詳見實驗室網站：http://www.yulonglilab.org/resources_cn.html

李毓龍：北京大學生命科學學院、北大-清華生命科學聯合中心，麥戈文腦研究所研究員

官網的介紹：

研究興趣：人的大腦有超過幾十億個神經元。這些神經元分為上千個種類，並通過上千億個突觸相互聯繫。我們發展高效的可遺傳編碼的螢光分子探針，研究新的成像的方法，並結合兩者研究神經元細胞水平上的信號轉導，分析神經環路中細胞可興奮性及突觸傳遞調控的機制。我們還用發展的可視化方法探索在疾病模型中的神經系統環路上的可能的病變及機能障礙。高靈敏的光學成像技術可以提供重要的時空解析度，多路觀測可以同時對多個神經元成像，這些新的方法對於揭開大腦神經調質的特異性的細胞基礎提供了有效的方法。我們希望我們新的技術發展能讓更多的神經生物學家能用簡單有效的方法分析神經局部環路中複雜的突觸的活動，解析大腦精巧的結構與功能的關係。

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