Neuron | 北京大学李毓龙/冯杰思升级第二代去甲肾上腺素探针助力活体神经递质研究

2024-03-31

引言去甲肾上腺素(NE)是一种重要的生物单胺类神经递质。第一代NE探针使体内、实时、细胞类型特异性和区域特异性的NE检测成为可能，但其低NE灵敏度限制了其实用性。2024年3月27日，北京大学李毓龙及冯杰思共同通讯在Neuron 在线发表题为“Monitoring norepinephrine release in vivo using next-generation GRABNE sensors”的研究论文，该研究开发了基于GPCR激活的第二代NE探针(GRABNE2m和GRABNE2h)，在体外和体内对NE都具有卓越的响应和高灵敏度和选择性。值得注意的是，这些探针可以在自由运动的小鼠中检测到由光遗传或行为刺激触发的NE释放，并在蓝斑和下丘脑产生强大的信号。通过开发一种新的转基因小鼠系，用双色纤维光度法记录了整个睡眠-觉醒周期内NE的释放和钙的动态;此外，双色介观成像揭示了NE和钙在感觉加工和运动过程中的时空动态变化。因此，这些新的GRABNE探针是监测NE在体内精确时空释放的有价值的工具，为NE的生理和病理生理作用提供了新的见解。去甲肾上腺素(NE)是一种单胺类神经递质，在中枢和外周神经系统中都起着重要作用，包括调节睡眠-觉醒周期、应激反应、注意力、感觉处理、心率、血压先前测量NE在体内释放的方法要么依赖于特异性但缓慢的微透析结合生物医学鉴定，要么依赖于快速但特异性较低的电化学方法，如快速扫描循环伏安法。基于细胞的神经递质荧光工程受体(CNiFERs)和基于荧光共振能量转移(FRET)的探针的开发提供了一种具有高特异性和时间分辨率的光学测量NE释放的方法;然而，这些工具的使用受到其不良的免疫原性、相对较差的细胞类型特异性和/或狭窄的动态范围的限制。研究人员之前开发了一套基于基因编码的G蛋白偶联受体(GPCR)激活(GRAB)的NE探针，称为GRABNE1m和GRABNE1h，其中NE诱导α2肾上腺素能受体(α2AR)去甲肾上腺素能受体的构象变化驱动环状排列EGFP (cpEGFP)的荧光变化这些荧光探针在灵敏度、选择性、时空分辨率和非侵入性方面优于上述传统方法。然而，第一代GRABNE探针GRABNE1m和GRABNE1h在NE的分子敏感性和选择性上仍然存在局限性。模式图（Credit: Neuron）为了克服这些限制，作者开发了下一代NE探针，即GRABNE2m和GRABNE2h，它们具有最大4倍的荧光响应，纳米摩尔亲和力，并且能够更好地区分NE和多巴胺(DA)。重要的是，这些新型探针具有快速动力学和可忽略的下游耦合;此外，当在体内表达时，与之前的GRABNE探针相比，它们在光遗传学和行为刺激下释放NE时产生的信号强5倍。此外，还建立了一个Cre依赖的转基因小鼠系，表达绿色荧光GRABNE2m和红色荧光钙指示剂jRGECO1a，然后用它来同时监测睡眠-觉醒周期、感觉加工和运动期间细胞类型特异性NE释放和钙动态。总之，这些强大的新工具可用于在广泛的生理和病理生理条件下测量去甲肾上腺素能活性，为NE在健康和疾病中的功能作用提供重要的新见解。原文链接https://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273(24)00155-7责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

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