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新一代GCaMP鈣指示劑——jGCaMP7系列

鈣成像技術(shù)在腦科學(xué)研究中是一項(xiàng)非常重要的生理觀察技術(shù)?；谏窠?jīng)元活動(dòng)會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度的快速變化這一原理，結(jié)合顯微技術(shù)，它利用鈣指示劑可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在體神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度。研究人員可以利用特殊的熒光染料或者蛋白質(zhì)熒光探針，將神經(jīng)元中的鈣離子濃度通過熒光信號(hào)表現(xiàn)出來，從而達(dá)到檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)的目的。近年來，基因編碼的鈣指示劑【genetically encoded calcium indicators (GECIs) 】在神經(jīng)科學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)其發(fā)光原理，GECI可以分為兩大類：基于單個(gè)熒光蛋白的GCaMP和基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移(Fluorescent resonance energy transfer,FRET)的GECI。其中，以結(jié)構(gòu)導(dǎo)向設(shè)計(jì)的GCaMP應(yīng)用最為廣泛，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，成像原理見圖2。

圖1. GCaMP結(jié)構(gòu)示意圖

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

自2001年GCaMP1問世以來，科學(xué)家們通過基于結(jié)構(gòu)的突變和基于神經(jīng)元的篩選方法不斷優(yōu)化GCaMP的親和性、信噪比、動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)范圍等，先后成功開發(fā)過GCaMP2, GCaMP3, GCaMP5和GCaMP6，以滿足研究者不同的成像實(shí)驗(yàn)。其中，GCaMP6系列鈣指示劑憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)曾經(jīng)一段時(shí)間獲得科研工作者的青睞。它可以檢測(cè)單個(gè)動(dòng)作電位，也可以檢測(cè)大量神經(jīng)元活動(dòng)和神經(jīng)亞細(xì)胞(如樹突棘和軸突)活動(dòng)。但是，GCaMP6只有在適宜條件下才能檢測(cè)單個(gè)動(dòng)作電位，若處于具挑戰(zhàn)性的條件下，GCaMP6的檢測(cè)準(zhǔn)確性就會(huì)下降。這就需要新一代GCaMP鈣指示劑——jGCaMP7系列來解決，其研究成果科學(xué)家們已于2019年7月發(fā)表在Nature Methods上。

鈣成像實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵之一就是選擇合適的GCaMP。那么，面對(duì)眾多的GCaMPs鈣指示劑，我們?cè)撊绾芜x擇呢？眾所周知，不同的成像實(shí)驗(yàn)需要使用不同性質(zhì)的GCaMP，如本底熒光低的GCaMP適用于寬視場(chǎng)成像技術(shù)，可以同時(shí)檢測(cè)大量神經(jīng)元的活動(dòng)，這主要是由于大量神經(jīng)元被GCaMP標(biāo)記，光子數(shù)多，容易形成比較強(qiáng)的背景熒光；本底熒光高的適用于檢測(cè)神經(jīng)亞細(xì)胞的信號(hào)，如樹突棘和軸突，這主要是由于這些神經(jīng)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)體積小，GCaMP表達(dá)少，光子數(shù)少，背景熒光低甚至可以被忽略；快動(dòng)力學(xué)的GCaMP適合檢測(cè)神經(jīng)元放電模式的動(dòng)態(tài)變化；慢動(dòng)力學(xué)的GCaMP則適合檢測(cè)所有活動(dòng)的神經(jīng)元。

jGCaMP7('Janelia GCaMP7')系列鈣指示劑的組成和特點(diǎn)如下表和下圖3：

圖3. jGCaMP7系列在原代神經(jīng)中的性能

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

為了滿足客戶不同的鈣成像實(shí)驗(yàn)需求，維真生物現(xiàn)已完善了鈣指示劑現(xiàn)貨庫，下圖是jGCaMP7系列產(chǎn)品信息，歡迎咨詢！