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新一代GCaMP钙指示剂——jGCaMP7系列


 

 

钙成像技术在脑科学研究中是一项非常重要的生理观察技术。基于神经元活动会引起细胞内游离钙浓度的快速变化这一原理,结合显微技术,它利用钙指示剂可以实时监测在体神经细胞内的钙离子浓度。研究人员可以利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针,将神经元中的钙离子浓度通过荧光信号表现出来,从而达到检测神经元活动的目的。近年来,基因编码的钙指示剂【genetically encoded calcium indicators (GECIs) 】在神经科学中得到了广泛应用。根据其发光原理,GECI可以分为两大类:基于单个荧光蛋白的GCaMP和基于荧光共振能量转移(Fluorescent resonance energy transfer,FRET)的GECI。其中,以结构导向设计的GCaMP应用最为广泛,其结构示意图见图1,成像原理见图2。


 




 

 

图1. GCaMP结构示意图

【Nakai, J., Ohkura, M. & Imoto, K. Nat. Biotechnol. 19, 137–141 (2001)】

 

 



 




 

 

图2. GCaMP成像原理

【 Korean J Physiol Pharmacol 2019;23(4):237-249】

 



 

自2001年GCaMP1问世以来,科学家们通过基于结构的突变和基于神经元的筛选方法不断优化GCaMP的亲和性、信噪比、动力学和动态范围等,先后成功开发过GCaMP2, GCaMP3, GCaMP5和GCaMP6,以满足研究者不同的成像实验。其中,GCaMP6系列钙指示剂凭借其独特的优势曾经一段时间获得科研工作者的青睐。它可以检测单个动作电位,也可以检测大量神经元活动和神经亚细胞(如树突棘和轴突)活动。但是,GCaMP6只有在适宜条件下才能检测单个动作电位,若处于具挑战性的条件下,GCaMP6的检测准确性就会下降。这就需要新一代GCaMP钙指示剂——jGCaMP7系列来解决,其研究成果科学家们已于2019年7月发表在Nature Methods上。




 


钙成像实验成功的关键之一就是选择合适的GCaMP。那么,面对众多的GCaMPs钙指示剂,我们该如何选择呢?众所周知,不同的成像实验需要使用不同性质的GCaMP,如本底荧光低的GCaMP适用于宽视场成像技术,可以同时检测大量神经元的活动,这主要是由于大量神经元被GCaMP标记,光子数多,容易形成比较强的背景荧光;本底荧光高的适用于检测神经亚细胞的信号,如树突棘和轴突,这主要是由于这些神经亚细胞结构体积小,GCaMP表达少,光子数少,背景荧光低甚至可以被忽略;快动力学的GCaMP适合检测神经元放电模式的动态变化;慢动力学的GCaMP则适合检测所有活动的神经元。


jGCaMP7('Janelia GCaMP7')系列钙指示剂的组成和特点如下表和下图3:

 

2019-nCoV相关基因

中文名称

jGCaMP7s('sensitive') 针对1个动作电位, ΔF/F0 相比6s提高5倍;慢动力学
jGCaMP7f('fast') 针对1个动作电位, ΔF/F0 相比6s提高2.5倍;快动力学
jGCaMP7b('bright') 针对1个动作电位, ΔF/F0 相比6s提高3倍;高本底荧光
jGCaMP7c('contrast') 低本底荧光

 

 




 

 

图3. jGCaMP7系列在原代神经中的性能

【 nature methods. vol 16. jul y 2019. 649–657】

 

 


为了满足客户不同的钙成像实验需求,维真生物现已完善了钙指示剂现货库,下图是jGCaMP7系列产品信息,欢迎咨询!




 


 

 

GCaMP其他系列产品信息

详见往期:

“知识分享——钙成像技术”

 

 

 

 

 

参考文献:

 

 

1. Imaging and analysis of genetically encoded calcium indicators linking neural circuits and behaviors;


2. Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity;


3. High-performance calcium sensors for imaging activity in neuronal populations and microcompartments.

  



























        

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