Чувствительный к глутамату флуоресцентный репортер

Генно -инженерный флуоресцентный белок , меняющий свою флуоресценцию при связывании с нейромедиатором глутаматом . ^[1] Чувствительные к глутамату флуоресцентные репортеры (iGluSnFR, в разговорной речи произносятся как « нюхатель клея ») используются для мониторинга активности пресинаптических терминалей с помощью флуоресцентной микроскопии . GluSnFR — это класс оптогенетических сенсоров, используемых в нейробиологических исследованиях. ^[2] В тканях головного мозга двухфотонная микроскопия для мониторинга флуоресценции GluSnFR обычно используется .

Дизайн

iGluSnFR связывается с глутаматом и становится флуоресцентным.

Широко используемый iGluSnFR состоит из циркулярно перестановленного усиленного зеленого флуоресцентного белка (cpEGFP), слитого с глутаматсвязывающим белком (GluBP) бактерии . ^[3] Когда GluBP связывает молекулу глутамата EGFP , она меняет свою форму, стягивая ствол вместе, увеличивая флуоресценцию. Специальный пептидный сегмент ( PDGFR ) включен для вывода датчика за пределы клеточной мембраны . ^[4] В более поздней версии Aggarwal et al. (2022), ^[1] Исследователи внедрили iGluSnFR в два дополнительных якорных домена: гликозилфостидилинозитовый (GPI) якорь и модифицированную форму цитозольного -концевого домена Старгазина с лигандом PDZ.

История

Первые генетически кодируемые флуоресцентные сенсоры глутамата (FLIPE, GluSnFR и SuperGluSnFR) были созданы путем присоединения голубого флуоресцентного белка (CFP) и желтого флуоресцентного белка (YFP) к бактериальному белку, связывающему глутамат (GluBP). ^[5]^[6] Связывание глутамата изменило расстояние между CFP и YFP, изменив эффективность передачи энергии ( FRET ) между двумя флуорофорами . ^[7]^[8] Прорыв в визуализации высвобождения глутамата был достигнут с помощью iGluSnFR, однофлуорофорного сенсора глутамата на основе EGFP, обеспечивающего примерно 5-кратное увеличение флуоресценции. ^[3] Для измерения синаптической передачи на высоких частотах недавно были разработаны новые варианты iGluSnFR с ускоренной кинетикой. ^[9]^[10]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Аггарвал, Абхи; Лю, Руй; Чен, Ян; Ралович, Амелия Дж.; Бергерсон, Сэмюэл Дж.; Томаска, Филип; Хэнсон, Тимоти Л.; Хассеман, Джереми П.; Рип, Дэниел; Цегайе, Гетахун; Яо, Пантонг; Цзи, Сян; Клоос, Маринус; Уолпита, Дипика; Патель, Ронак (15 февраля 2022 г.). «Индикаторы глутамата с улучшенной кинетикой активации и локализацией для визуализации синаптической передачи» : 2022.02.13.480251. дои : 10.1101/2022.02.13.480251v1 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Хефендель, Дж. К.; Ледью, Дж.; Ко, ВПП; Малер, Дж.; Мерфи, Техас; МакВикар, бакалавр искусств (11 ноября 2016 г.). «Картирование дисфункции синаптического транспортера глутамата in vivo с областями, окружающими бляшки Aβ, с помощью двухфотонной визуализации iGluSnFR» . Природные коммуникации . 7 : 13441. Бибкод : 2016NatCo...713441H . дои : 10.1038/ncomms13441 . ПМК 5114608 . ПМИД 27834383 .
^ Jump up to: ^а ^б Марвин, Джонатан С; Боргуис, Барт Дж; Тиан, Лин; Сихон, Джозеф; Харнетт, Марк Т; Акербум, Джаспер; Гордус, Эндрю; Реннингер, Сабина Л; Чен, Цай-Вэнь (2013). «Оптимизированный флуоресцентный зонд для визуализации нейротрансмиссии глутамата» . Природные методы . 10 (2): 162–170. дои : 10.1038/nmeth.2333 . ISSN 1548-7105 . ПМЦ 4469972 . ПМИД 23314171 .
^ Марвин, Джонатан С.; Шрайтер, Эрик Р.; Эчеваррия, Илеабетт М.; Лугер, Лорен Л. (1 ноября 2011 г.). «Генетически закодированный датчик мальтозы с высоким соотношением сигнал/шум» . Белки: структура, функции и биоинформатика . 79 (11): 3025–3036. дои : 10.1002/прот.23118 . ISSN 1097-0134 . ПМЦ 3265398 . ПМИД 21989929 .
^ Ху, Юнлинь; Фань, Ченг-Пэн; Фу, Гуансен; Чжу, Дэю; Цзинь, Ци; Ван, Да-Ченг (2008). «Кристаллическая структура белка, связывающего глутамат / аспартат, в комплексе с молекулой глутамата: структурная основа специфичности лиганда при атомном разрешении». Журнал молекулярной биологии . 382 (1): 99–111. дои : 10.1016/j.jmb.2008.06.091 . ПМИД 18640128 .
^ Де Лоримье, Роберт М.; Смит, Дж. Джефф; Дуайер, Мэри А.; Лугер, Лорен Л.; Сали, Кевин М.; Паавола, Чад Д.; Ризк, Шахир С.; Садыгов, Шамиль; Конрад, Дэвид В. (1 ноября 2002 г.). «Создание семейства флуоресцентных биосенсоров» . Белковая наука . 11 (11): 2655–2675. дои : 10.1110/ps.021860 . ISSN 1469-896X . ПМЦ 2373719 . ПМИД 12381848 .
^ Окумото, Сакико; Лугер, Лорен Л.; Мичева Кристина Д.; Реймер, Ричард Дж.; Смит, Стивен Дж.; Фроммер, Вольф Б. (14 июня 2005 г.). «Обнаружение высвобождения глутамата из нейронов с помощью генетически закодированных наносенсоров FRET с поверхностным дисплеем» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (24): 8740–8745. Бибкод : 2005PNAS..102.8740O . дои : 10.1073/pnas.0503274102 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 1143584 . ПМИД 15939876 .
^ Хайрс, Сэмюэл Эндрю; Чжу, Юнлин; Цянь, Роджер Ю. (18 марта 2008 г.). «Оптическое измерение синаптического распространения и обратного захвата глутамата с помощью оптимизированных для линкера чувствительных к глутамату флуоресцентных репортеров» . Труды Национальной академии наук . 105 (11): 4411–4416. Бибкод : 2008PNAS..105.4411H . дои : 10.1073/pnas.0712008105 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2393813 . ПМИД 18332427 .
^ Хеласса, Нордин; Дюрст, Селин Д.; Коутс, Кэтрин; Керрут, Силке; Ариф, Урва; Шульце, Кристиан; Вигерт, Дж. Саймон; Дживс, Майкл; Эртнер, Томас Г.; Тёрёк, Каталин (22 мая 2018 г.). «Сверхбыстрые сенсоры глутамата определяют высокочастотное высвобождение в коллатеральных синапсах Шаффера» . Труды Национальной академии наук . 115 (21): 5594–5599. дои : 10.1073/pnas.1720648115 . ПМК 6003469 . ПМИД 29735711 .
^ Марвин, Джонатан С.; Шолль, Бенджамин; Уилсон, Дэниел Э.; Подгорский, Каспар; Каземипур, Аббас; Мюллер, Йоханнес Александр; Шох, Сюзанна; Кирос, Франсиско Хосе Урра; Ребола, Нельсон; Бао, Хуан; Литтл, Джастин П. (ноябрь 2018 г.). «Стабильность, сродство и хроматические варианты глутаматного сенсора iGluSnFR» . Природные методы . 15 (11): 936–939. дои : 10.1038/s41592-018-0171-3 . ISSN 1548-7105 . ПМК 6394230 . ПМИД 30377363 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Аггарвал, Абхи; Лю, Руй; Чен, Ян; Ралович, Амелия Дж.; Бергерсон, Сэмюэл Дж.; Томаска, Филип; Хэнсон, Тимоти Л.; Хассеман, Джереми П.; Рип, Дэниел; Цегайе, Гетахун; Яо, Пантонг; Цзи, Сян; Клоос, Маринус; Уолпита, Дипика; Патель, Ронак (15 февраля 2022 г.). «Индикаторы глутамата с улучшенной кинетикой активации и локализацией для визуализации синаптической передачи» : 2022.02.13.480251. дои : 10.1101/2022.02.13.480251v1 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[2] Хефендель, Дж. К.; Ледью, Дж.; Ко, ВПП; Малер, Дж.; Мерфи, Техас; МакВикар, бакалавр искусств (11 ноября 2016 г.). «Картирование дисфункции синаптического транспортера глутамата in vivo с областями, окружающими бляшки Aβ, с помощью двухфотонной визуализации iGluSnFR» . Природные коммуникации . 7 : 13441. Бибкод : 2016NatCo...713441H . дои : 10.1038/ncomms13441 . ПМК 5114608 . ПМИД 27834383 .

[Marvin_2013-3] Jump up to: ^а ^б Марвин, Джонатан С; Боргуис, Барт Дж; Тиан, Лин; Сихон, Джозеф; Харнетт, Марк Т; Акербум, Джаспер; Гордус, Эндрю; Реннингер, Сабина Л; Чен, Цай-Вэнь (2013). «Оптимизированный флуоресцентный зонд для визуализации нейротрансмиссии глутамата» . Природные методы . 10 (2): 162–170. дои : 10.1038/nmeth.2333 . ISSN 1548-7105 . ПМЦ 4469972 . ПМИД 23314171 .

[4] Марвин, Джонатан С.; Шрайтер, Эрик Р.; Эчеваррия, Илеабетт М.; Лугер, Лорен Л. (1 ноября 2011 г.). «Генетически закодированный датчик мальтозы с высоким соотношением сигнал/шум» . Белки: структура, функции и биоинформатика . 79 (11): 3025–3036. дои : 10.1002/прот.23118 . ISSN 1097-0134 . ПМЦ 3265398 . ПМИД 21989929 .

[5] Ху, Юнлинь; Фань, Ченг-Пэн; Фу, Гуансен; Чжу, Дэю; Цзинь, Ци; Ван, Да-Ченг (2008). «Кристаллическая структура белка, связывающего глутамат / аспартат, в комплексе с молекулой глутамата: структурная основа специфичности лиганда при атомном разрешении». Журнал молекулярной биологии . 382 (1): 99–111. дои : 10.1016/j.jmb.2008.06.091 . ПМИД 18640128 .

[6] Де Лоримье, Роберт М.; Смит, Дж. Джефф; Дуайер, Мэри А.; Лугер, Лорен Л.; Сали, Кевин М.; Паавола, Чад Д.; Ризк, Шахир С.; Садыгов, Шамиль; Конрад, Дэвид В. (1 ноября 2002 г.). «Создание семейства флуоресцентных биосенсоров» . Белковая наука . 11 (11): 2655–2675. дои : 10.1110/ps.021860 . ISSN 1469-896X . ПМЦ 2373719 . ПМИД 12381848 .

[7] Окумото, Сакико; Лугер, Лорен Л.; Мичева Кристина Д.; Реймер, Ричард Дж.; Смит, Стивен Дж.; Фроммер, Вольф Б. (14 июня 2005 г.). «Обнаружение высвобождения глутамата из нейронов с помощью генетически закодированных наносенсоров FRET с поверхностным дисплеем» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (24): 8740–8745. Бибкод : 2005PNAS..102.8740O . дои : 10.1073/pnas.0503274102 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 1143584 . ПМИД 15939876 .

[8] Хайрс, Сэмюэл Эндрю; Чжу, Юнлин; Цянь, Роджер Ю. (18 марта 2008 г.). «Оптическое измерение синаптического распространения и обратного захвата глутамата с помощью оптимизированных для линкера чувствительных к глутамату флуоресцентных репортеров» . Труды Национальной академии наук . 105 (11): 4411–4416. Бибкод : 2008PNAS..105.4411H . дои : 10.1073/pnas.0712008105 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2393813 . ПМИД 18332427 .

[9] Хеласса, Нордин; Дюрст, Селин Д.; Коутс, Кэтрин; Керрут, Силке; Ариф, Урва; Шульце, Кристиан; Вигерт, Дж. Саймон; Дживс, Майкл; Эртнер, Томас Г.; Тёрёк, Каталин (22 мая 2018 г.). «Сверхбыстрые сенсоры глутамата определяют высокочастотное высвобождение в коллатеральных синапсах Шаффера» . Труды Национальной академии наук . 115 (21): 5594–5599. дои : 10.1073/pnas.1720648115 . ПМК 6003469 . ПМИД 29735711 .

[10] Марвин, Джонатан С.; Шолль, Бенджамин; Уилсон, Дэниел Э.; Подгорский, Каспар; Каземипур, Аббас; Мюллер, Йоханнес Александр; Шох, Сюзанна; Кирос, Франсиско Хосе Урра; Ребола, Нельсон; Бао, Хуан; Литтл, Джастин П. (ноябрь 2018 г.). «Стабильность, сродство и хроматические варианты глутаматного сенсора iGluSnFR» . Природные методы . 15 (11): 936–939. дои : 10.1038/s41592-018-0171-3 . ISSN 1548-7105 . ПМК 6394230 . ПМИД 30377363 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

v т и Оптогенетика
Оптогенетические актуаторы	Каналродопсин ( Анионпроводящий ) Галородопсин Архаэродопсин Бактериородопсин Протеородопсин
Оптогенетические датчики	Кальций Напряжение Глутамат Везикул
Связанные методы	Чувствительный к напряжению краситель
Коммонс