
无损伤钙离子探针“GCaMP-X”
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- 详细信息
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- 文献和实验
- 技术资料
- 提供商:
BrainVTA
- 服务名称:
钙离子探针
- 规格:
体积100 μL,滴度12次方。
北京航天航空大学刘晓冬课题组独家授权!欢迎咨询!
GCaMP-X优势:
1. 精准、特异且安全无损;
2. 特别适合超长时程(≥4周)钙信号的监测。
测试结果:
测试病毒:AAV-hSyn-GCaMP6m-XC,滴度:1.0x10^12,血清型:2/9;
对照病毒:AAV-hSyn-GCaMP6m,滴度:1.2x10^12,血清型:2/9;
注射区域:在同一只小鼠左脑皮层区域注射GCaMP6m,右脑皮层区域注射GCaMP6m-XC;
注射量:各100 nl。
图一:同一只小鼠左右脑皮层分别注射GCaMP6m和GCaMP6m-XC病毒,表达3周时长,左脑皮层神经元出现GCaMP6m显著进核现象,而右脑皮层神经元GCaMP6m-XC无进核现象。

图一、 病毒注射3周后表达状态对比(刘晓冬课题组提供)
图二:步骤同上,表达13周时长,左脑皮层神经元GCaMP6m显著进核,而右脑皮层神经元GCaMP6m-XC依然无进核现象。
图二、 病毒注射13周后表达状态对比(刘晓冬课题组提供)
注意:低滴度GCaMP6m-XC表达量相对较低,可能会不利于在体双光子实验,推荐使用者使用10^13高滴度病毒,可有效提高表达量,有利于在体双光子实验。
二、相关原理:
许多重要的生物学过程如增殖、转录、代谢、胞吐、收缩和凋亡等都有Ca2+的参与,因此,人们付出了巨大的努力来开发和改进分子工具来监测和量化细胞Ca2+的时空动态。利用基因编码钙离子指示剂(GECIs)进行荧光成像,在细胞群、单个细胞或亚细胞水平上检测Ca2+取得了快速进展。钙离子成像技术是利用可以感应Ca2+浓度的钙离子指示剂,检测的是细胞或组织中Ca2+的浓度变化,将钙浓度变化转化为荧光信号,从而使细胞电活动转化为可记录的光信号。钙离子指示剂分为两种,一种为化学指示剂,另一种为现在普遍使用的遗传编码指示剂,例如GCaMP。GCaMP由绿色荧光蛋白(green fluorescent protein , GFP)、钙调蛋白(calmodulin, CaM)和肌球蛋白轻链激酶的一段肽段序列M13构成。当有Ca2+结合CaM时,CaM发生构象变化,其轻链区可以结合M13,致使GFP在特定波长的光照下其发色团的质子化作用增强,吸光度增加从而使GFP发出强烈的荧光。
GCaMP的结构及作用示意图(来源于维基百科)
然而,据报道GCaMP在多个方面造成了意想不到的“副作用”,主要是GCaMP引起的细胞损伤。GCaMP可能损害细胞和组织的整体健康,例如GCaMP2转基因小鼠心脏的心肌肥大【1-2】,以及神经元的细胞毒性或死亡【3-4】;在GCaMP5转基因小鼠的海马神经元中观察到放电频率的增加【5】。这些副作用似乎与GCaMP在细胞核内的异常堆积密切相关,通常伴随着神经元内Ca2+动力学的衰减【3-4, 6】。
2018年4月17日,北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心刘晓冬研究组在《Nature Communications》在线发表了题为“Improved Calcium Sensor GCaMP-X Overcomes the Calcium Channel Perturbations Induced by the Calmodulin in GCaMP”的论文。该研究首次揭示了含有CaM的GCaMP干扰了L型钙通道(CaV1)的门控和信号传导,破坏Ca2+动力学和基因表达,并通过GCaMP氮端引入能够特异结合apoCaM的保护元件,设计出了新一代无损伤钙离子探针——GCaMP-X,有效地保护了依赖于CaV1的兴奋-转录耦合免受干扰,同时仍表现出部分GCaMP的优良Ca2+感应特性。
GCaMP干扰神经元L型电压门控钙通道(CaV1.3)
CaV1.3是神经元表达的CaV1通道的一个主要亚型,与细胞核内的转录信号紧密耦合。作者发现,GCaMP能与CaV1.3结合,导致CaV1.3的门控显著增强,钙离子内流增加(图1)。

图1. GCaMP干扰神经元L型电压门控钙通道(CaV1.3)
GCaMP导致神经元退化和凋亡
作者还发现,GCaMP也会干扰CaM正常情况下响应CaV1.3钙信号的核迁移过程,长时程表达时引发GCaMP异常核聚集。入核GCaMP扰乱了转录因子CREB信号通路的正常运转,导致神经元退化和凋亡(图2)。
图2. GCaMP导致神经元退化和凋
GCaMP-X避免了对钙通道门控的干扰
作者在GCaMP氮端引入了特异性apoCaM保护元件,合成了新一代钙离子探针——GCaMP-X。GCaMP-X有效地解决了有害核积累、急性和慢性Ca2+失调、转录信号异常和细胞形态异常等问题,同时仍表现出GCaMP的优良Ca2+感应特性(图3)。
图3. GCaMP-X避免了对钙通道门控的干扰
GCaMP-X在长时程的钙离子监测中更有优势
作者用电穿孔法在机械敏感的外毛发细胞中转染GCaMP6m或GCaMP6m-XC,在短时间的细胞培养中(1天,DIV1),GCaMP6m-XC与GCaMP6m在监测Ca2+信号时无明显差异。而在较长时间的细胞培养( 3天,DIV3)中,GCaMP6m的副作用(例如干扰外毛发细胞中的CaV1.3)将出现。将100、300或500 ms的射流脉冲施加到细胞上,与表达GCaMP6m-XC的细胞相比,GCaMP6m表现为较弱的Ca2+信号反应,引起了Ca2+信号的衰减,而GCaMP6m-XC避免了这个问题(图4)。
图4. GCaMP6m-Xc与GCaMP6m的钙离子监测比较
作者进一步在GCaMP碳端加入定位序列,如:检测近膜钙信号的GCaMP-XM探针,以及特异性定位于细胞核的GCaMP-XN探针,以实现监测胞质、膜下和核钙信号,满足不同实验研究的需要。新一代无损伤探针GCaMP-X有效地解决了传统GCaMP探针的弊端,能够安全无损、长时程、精准、特异、多细胞器的定量钙信号监测。这项研究也对未来基于CaM的分子工具的设计有指导意义。
刘晓冬课题组致力于如下几个方面的研究:1)电压门控钙通道CaV门控-信号耦联(如兴奋-转录耦联)机制及调控;2)基于新型钙探针GCaMP-X的长时程、亚细胞钙信号定量监控;3)感觉刺激响应型钙通道TRP的结构-功能研究;4)重要钙通道的病生理关联。此论文是该实验室继前期工作(《自然》Nature 2010;《细胞•报告》 Cell Reports 2015;《e生命》eLife 2017;及《自然•通讯》 Nature Communications 2018等)的研究进展。该项研究得到了国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委、清华大学麦戈文脑科学研究所等方面的支持。
三、枢密科技GCaMP-X产品列表:
| 产品编号 | 产品名称 | 启动子 | Cre/Flp依赖 |
| PT-1464 | rAAV-hSyn-GCaMP6m-XC-WPRE-hGH polyA | hSyn | — |
四、该产品被引用文献:
Yang, Yaxiong. et al. Improved calcium sensor GCaMP-X overcomes the calcium channel perturbations induced by the calmodulin in GCaMP. Nature Communications 9, Article number: 1504 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03719-6
五、知名合作伙伴
六、企业资质


七、关于枢密:
枢密科技始于5年前的梦想,始终坚持初心,专注于工具病毒载体研究及AAV临床前研究,为多家知名药企提供实验造模及临床前研究产品、为200+课题组提供长期服务,为1600+位科研工作者提供稳定、创新的前沿产品和技术支持。枢密(BrainVTA)已成为中国神经科学领域最具影响力品牌,影响了一批有梦想有抱负的科研人员,尤其是在神经环路研究、光遗传学、化学遗传学、基因功能研究、免疫研究、疼痛研究、中医针灸等领域走在市场前列。
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文献和实验小鼠同一脑区两类细胞的活动不同的神经元类型。6、GCaMP-X:无损伤钙离子探针,可保护依赖于L型钙通道的兴奋-转录耦合免受干扰,同时仍表现出部分GCaMP的优良Ca2+感应特性。二、电压成像(voltage imaging)细胞内钙离子浓度变化和细胞膜电位的变化是细胞活动的两个重要指标,由于钙信号衰减较慢,并不能充分表征神经元的动作电位,而且阈值以下的电压信号完全被忽略,于是科学家们利用细胞膜电位改变作为信号进行荧光成像。1)电压成像技术原理细胞膜电位变化是细胞活动最基本的信号,当膜电位变化时,细胞
骨架聚焦放大机制和重力信号非线性平移放大的转导以及重力信使传递系统已初见端倪。在 1999 年发射的“ FOTON 12 ” 上所进行的研究重点已深入到细胞中的信号传导,如重力刺激传导中钙和相关蛋白的作用,重力对细胞骨架的影响和它在细胞所接受的信号传导中的作用,在器官形成中重力变化对感应细胞和神经细胞之间联络形成的影响等。同时可以看到 , 在欧洲的高等植物重力响应的研究项目中已有生物芯片公司的介入。再如对受控生态生命支持系统的研究,空间站的建立并不意味着人在空间有自主能力,要加强人在空间的自主能力
神经变性程度的客观依据,而net和mst仅凭肉眼判断。二组双极电极,电极直径7mm,双极极距18mm,分别用于刺激和记录。刺激电流为短程脉冲,0.2ms时程,50-100v幅度,频率为6hz。刺激点位居耳垂前后。另一组电极置鼻唇沟,上一电极紧靠鼻翼边缘,作记录皮下肌肉的复合电位用(图1)。阴极示波器显示复合电位,可用日光显象纸或x-y记录仪录取结果长期保存,分别测量双侧p-p幅度,幅度差取决于变性神经的百分数(图2)。双侧均以最大反应幅度为标准计算,因此需要复测数次,调动电极位置和压力,选取最大
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