五大熒光蛋白新星的介紹及其在神經(jīng)科學(xué)與發(fā)育生物學(xué)中的應(yīng)用

自綠色熒光蛋白（GFP）點亮生命科學(xué)以來，熒光標(biāo)記技術(shù)不斷突破。傳統(tǒng)明星tdTomato和EGFP雖仍占據(jù)實驗室“C位”，但新一代熒光蛋白如ChR2_H134R/EYFP、GCaMP6f、KikGR、Kaede和mNeonGreen正以獨(dú)特的光學(xué)特性與功能多樣性掀起科研新浪潮。它們不僅能“看見”細(xì)胞，更能“操控”細(xì)胞，甚至解碼疾病機(jī)理。本文將揭秘這五大新銳蛋白的獨(dú)門絕技，剖析其如何賦能神經(jīng)科學(xué)與發(fā)育生物學(xué)。

ChR2_H134R/EYFP：光控神經(jīng)回路的“開關(guān)大師”
ChR2_H134R/EYFP是一種光遺傳學(xué)工具，融合了光敏感離子通道ChR2與增強(qiáng)型黃色熒光蛋白EYFP，ChR2蛋白攜帶的功能增益突變（H134R）可產(chǎn)生更大的電流、更高的光敏性和更低的脫敏性。ChR2_H134R可通過藍(lán)光照射激活神經(jīng)元并產(chǎn)生動作電位，而EYFP則用于可視化表達(dá)ChR2_H134R的細(xì)胞，幫助研究人員確認(rèn)目標(biāo)細(xì)胞的位置和分布 ^[1-2]。EYFP的發(fā)射波長為527 nm，與藍(lán)光激發(fā)的ChR2_H134R（~470 nm）兼容性良好，避免了光譜重疊導(dǎo)致的信號干擾問題。

圖1. ChR2_H134R/EYFP報告品系用于心臟成纖維細(xì)胞的研究 ^[3]。

RCL-ChR2_H134R/EYFP小鼠（產(chǎn)品編號：I001027）是在Rosa26位點條件性表達(dá)ChR2_H134R/EYFP的熒光報告模型。Cre重組前，ChR2_H134R/EYFP的表達(dá)被上游loxP-Stop-loxP元件阻斷；當(dāng)與Cre小鼠交配后，可在子代表達(dá)Cre的組織中特異性表達(dá)ChR2_H134R/EYFP融合蛋白。該模型為光遺傳學(xué)研究提供了理想的工具動物，通過450-490 nm藍(lán)光照射即可在體內(nèi)精確、快速地激活目標(biāo)興奮性細(xì)胞。

GCaMP6f：鈣瞬變的“高速攝像機(jī)”
鈣離子指示劑一般分為兩類：化學(xué)鈣離子指示劑和基于蛋白質(zhì)的基因編碼鈣離子指示劑（GECIs）。由于可以控制向目標(biāo)細(xì)胞類型的特定傳遞，GECIs成為腦功能研究中的首選。GCaMP6是一種綠色熒光基因編碼鈣離子指示劑，因其在檢測神經(jīng)元鈣離子瞬態(tài)的高靈敏度而被廣泛用于測量神經(jīng)元活動，在某些條件下它甚至能檢測到由單個動作電位引起的單個鈣離子瞬態(tài) ^[4]。GCaMP6f由鈣調(diào)蛋白（CaM）、環(huán)狀排列的增強(qiáng)型綠色熒光蛋白（cpEGFP）以及肌球蛋白輕鏈激酶M13結(jié)構(gòu)域（M13）組成。在無鈣離子存在的條件下，cpEGFP無法發(fā)揮其功能；而當(dāng)CaM與鈣離子結(jié)合后，能夠與M13結(jié)構(gòu)域相互作用，進(jìn)而引起cpEGFP構(gòu)象的改變，此時cpEGFP可被激發(fā)并產(chǎn)生熒光信號。

圖2. GCaMP6f小鼠用于植入式神經(jīng)刺激系統(tǒng)療法中神經(jīng)信號激活監(jiān)測 ^[5]。

RCL-GCaMP6f小鼠（產(chǎn)品編號：I001028）是在Rosa26位點條件性表達(dá)GCaMP6f的熒光鈣指示工具模型。Cre重組前，GCaMP6f的表達(dá)被上游Stop元件框阻斷；當(dāng)與Cre小鼠交配后，Cre重組酶介導(dǎo)的loxP位點特異性重組將Stop序列移除，經(jīng)過鈣結(jié)合（如神經(jīng)元激活）可觀察到明亮的熒光信號。

KikGR與Kaede：細(xì)胞命運(yùn)的“時空記錄儀”
KikGR與Kaede是一類光轉(zhuǎn)換熒光蛋白，能夠在紫外光激發(fā)下實現(xiàn)從綠色熒光到紅色熒光的不可逆轉(zhuǎn)換。這一特性突破了傳統(tǒng)熒光蛋白（如tdTomato）在時空標(biāo)記方面的局限性，為細(xì)胞追蹤與命運(yùn)圖譜研究提供了強(qiáng)有力的工具。在哺乳動物細(xì)胞內(nèi)，KikGR的光電轉(zhuǎn)換效率更高，在綠色和紅色狀態(tài)下的亮度是Kaede的數(shù)倍 ^[6-7]。

圖3. 紫外光照射改變表達(dá)Kaede的細(xì)胞及Kaede轉(zhuǎn)基因小鼠的熒光特性 ^[8]。

Rosa26-CAG-KikGR小鼠（產(chǎn)品編號：I001211）是賽業(yè)生物通過基因編輯技術(shù)將CAG promoter-Kozak-KikGR-rBG pA基因表達(dá)組件整合到小鼠Rosa26位點中構(gòu)建的，KikGR蛋白可在小鼠體內(nèi)廣泛性地表達(dá)。除此之外，賽業(yè)還可提供類似的Kaede熒光報告鼠——Rosa26-CAG-Kaede小鼠（產(chǎn)品編號：I001118）。

mNeonGreen：超分辨成像的“燈塔”
作為GFP的升級版，mNeonGreen在活體成像中的亮度比GFP高出3倍-5倍，尤其在低表達(dá)組織中的檢測能力更強(qiáng)，能夠揭示GFP難以捕捉的微弱表達(dá)模式。其506/517 nm激發(fā)發(fā)射光譜完美兼容多色成像，mNeonGreen廣泛應(yīng)用于超分辨率顯微鏡和活細(xì)胞成像。此外，mNeonGreen被成功用于追蹤內(nèi)源性蛋白質(zhì)，并標(biāo)記特定的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞核和質(zhì)膜，特別適合用于精細(xì)的亞細(xì)胞定位研究 ^[9]。

圖4. mNeonGreen蛋白呈現(xiàn)比GFP蛋白更好的體內(nèi)成像效果 ^[10]。

TG-CAG-mito-mNeonGreen小鼠（產(chǎn)品編號：I001183）是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將CAG-mito-mNeonGreen基因表達(dá)元件整合到小鼠基因組中構(gòu)建的。該模型可用于線粒體的功能、定位和動態(tài)等研究，是研究亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)動態(tài)的理想工具。

“我們不僅需要更亮的熒光，更需要聰明的光”。從“看見細(xì)胞”到“操控生命”，新型熒光蛋白正重新定義生命科學(xué)的邊界。

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