一种高度敏感的基因编码红色cAMP传感器，用于体内多重成像

摘要

基于环状排列的绿色荧光蛋白（cpGFP）的高性能cAMP传感器能够实现对活体动物中cAMP动态变化的实时监测，并具有较高的时空分辨率。然而，这些传感器的实用性受到与其他绿色/黄色荧光指示剂以及蓝色/青色光激活的光遗传学调控因子之间显著光谱重叠的限制，从而影响了它们在多重成像应用中的兼容性。虽然现有的红色cAMP传感器具有良好的光谱分离性能，但它们通常存在动态范围有限（在HEK293T细胞中小于1.5倍）、细胞亮度低、易聚集或受到蓝光强烈激活等问题。在这里，我们介绍了一种名为R-Flamp1的红色cAMP传感器：它具有较大的动态范围（在HEK293T细胞中超过10倍）、较高的细胞亮度、适当的cAMP亲和力（K_d约为1.9 μM）、亚秒级的响应速度，并且在蓝光或青光照射下仅有轻微的激活现象。利用R-Flamp1，我们能够可视化特定区域的cAMP动态变化；当与绿色荧光指示剂结合使用时，通过双光子成像和光纤光度测量技术，可以观察到cAMP与神经调节物质或钙离子在不同行为过程中的差异性激活模式。这些发现为理解cAMP信号在复杂生物行为中的作用提供了宝贵的见解。