科学家开发出新的传感器来捕捉细胞中的钙活性

【字体: 时间:2021年10月20日 来源:Georgia State University

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  研究人员开发了一种检测细胞内钙活性的新方法。这项研究证明了一种红色生物传感器的有效性,它可以直接监测细胞内特定位置的钙,这一发现有助于更好地理解人类疾病的分子基础。

  

钙对许多生理过程都是必不可少的,包括肌肉、神经、循环和消化系统的健康和功能。钙增强细胞内的信号分子,控制神经递质(传递神经元信号的化学信使)的释放,触发肌肉细胞的收缩,并帮助受精。钙对骨骼的形成也很重要,细胞内的许多过程都需要或使用钙。

鉴于这种广泛的功能,钙的运动和水平可以作为生物机制和变化的良好指标。然而,以前开发钙传感器工具可以监测快速信号变化的尝试被证明是有限的,因为所报道的传感器反应缓慢。

“我们面临的挑战是如何在非常具体的位置捕捉这些快速变化,”杨说,他同时也是诊断与治疗中心的副主任和高级转化成像设施的主任。“例如,如果我的肌肉受伤,有一个特定的肌细胞钙变化,它发生得非常快。”

为了更好地捕捉这些信号,杨和她的同事们发明了一种方法,在几种荧光蛋白的表面设计一个钙结合位点。这项发表在《Angewandte Chemie》杂志上的研究表明,被称为R-CatchER的红钙传感器在检测多种细胞中的钙信号方面非常敏感。这一发现是杨和她的团队的一项突破,他们花了几十年的时间来开发和完善这项技术。他们最近在《iScience》杂志上发表了一篇关于绿色钙传感器G-CatchER+开发的论文。

“我们使用的蛋白质能够识别短暂的变化,并直接测量钙的活性,”杨说。“我们可以监测健康细胞中的钙事件,看看它们在疾病状态下是如何变化的。”

最终,R-CatchER可以用于实验室研究和研究;例如,确定钙的变化与特定疾病之间是否有联系。他们的技术也可以帮助药物发现。

“我们有一种独特的方法来理解衰老事件或疾病状态是如何由钙控制的。这个工具可以告诉科学家确切的信号通路与一种疾病有关,以及当用药物化合物治疗时它是如何变化的。”“它可以显示药物发挥作用所需的特定靶点。”

研究人员表示,下一步是将该技术应用于动物模型,以帮助更好地理解各种细胞事件是如何与疾病有关的。

杨绛是她所称的“钙组学”领域的先驱,该领域结合了蛋白质化学、生物学、细胞生物学和神经科学,开发出了计算研究和钙传感器工具。2019年,由于她的工作,她被选为国家发明家学会研究员。

该研究的共同作者包括化学博士生邓晓南、化学教授唐纳德·哈默尔伯格和化学博士后姚新秋。

Journal Reference:

  1. Xiaonan Deng, Xin‐Qiu Yao, Ken Berglund, Bin Dong, Daniel Ouedraogo, Mohammad A. Ghane, You Zhuo, Cheyenne McBean, Zheng Zachory Wei, Samer Gozem, Shan P. Yu, Ling Wei, Ning Fang, Angela M. Mabb, Giovanni Gadda, Donald Hamelberg, Jenny J. Yang. Tuning Protein Dynamics to Sense Rapid Endoplasmic‐Reticulum Calcium Dynamics. Angewandte Chemie International Edition, 2021; 60 (43): 23289 DOI: 10.1002/anie.202108443

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