新型传感器实时跟踪ATP水平,助力生物研究领域发展
关键词: #健康资讯
关键词: #健康资讯
一种名为三磷酸腺苷(ATP)的分子是生物能量的基本单位,为所有细胞提供活动所需的能量。最近,由威尔康奈尔医学院和霍华德休斯医学研究所(HHMI)Janelia研究园区的研究者领导的团队,研发并测试了一种高分辨率传感器,可实时动态跟踪细胞和亚细胞内的ATP水平。这项新技术代表了先前ATP传感器技术的重大进步,研究人员预计它将加速许多生物研究领域的发展。
5月15日,研究团队在PNAS上公布了他们的研究成果。他们对ATP结合酶进行了修改,并与天然荧光蛋白GFP结合,开发了这种传感器。这种传感器是由蛋白质制成的,可以编码在DNA中,并且能够在目标细胞内产生。研究人员进行了几项实验,展示了他们的新型ATP传感器的实用性,其中一项实验详细揭示了单个神经纤维上单个突触内ATP的动态使用情况,这是以往未曾展现的细节。
另一位合作作者是来自HHMI/Janelia的高级科学家马文博士。
近些年来,随着分子生物学和荧光成像技术的不断进步,各种实验性的ATP传感器的研发成为了可能。然而,目前尚无一种能够具备被广泛采用所需属性的传感器。相反,目前仍然主要通过传感器来检测细胞内替代指标(如氧气水平变化)进行ATP监测。这类传感器存在一些主要局限性,例如只能测量大量细胞群体中ATP的使用情况。
iATPSnFR2是由Marvin博士和团队几年前研发的直接ATP传感器的新一代。当与ATP结合时,传感器的形状会发生改变,进而增强GFP的荧光。新版本中,ATP结合引起的荧光强度显著增加,使得传感器在广泛的ATP浓度范围内具有高灵敏度。
这传感器也能与另一种荧光分子结合,这种分子的发射波长不同,但其强度不会因 ATP 结合而改变;这提供了传感器分子浓度的参考信号,因此可以更准确地检测 ATP 水平及其动态变化。
在展示实验中,该团队展示了传感器不仅可用于追踪单个细胞内的ATP水平,还可用于监测不同细胞亚区室中的ATP水平,且时间尺度只有几百毫秒。通过一系列实验,他们利用传感器追踪单个线粒体内的ATP水平。线粒体是微型生化反应器,可通过氧气燃烧有效地为细胞产生ATP。他们还研究了神经纤维上单个突触中ATP水平的动态变化,发现每个突触都有独特的ATP耗费和消耗模式。
“我们主要进行这些实验是为了展示这种方法的基本实用性,所以我们并没有深入研究,”康奈尔医学院麻醉生物化学教授瑞安博士说。“但自那时以来,我们一直在忙于深入挖掘它,结果证明作为我们取得新科学发现的强大工具。”
2024-11-15
2024-11-15
2024-11-15
2024-11-15
2024-11-15