“离子”科学家研发新型钙离子探针，为细胞活动的时空变化解析提供新工具

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来源：DeepTech深科技

细胞中钙离子的浓度变化，可以通过变化的振幅、频率和变化发生的位置，共同编码复杂多样的钙离子信号。这些钙离子信号能让机体完成包括受精、增殖、代谢、骨骼肌和心肌的收缩等贯穿生命始终的各项生理活动。

为了检测这些钙离子信号的发生，钙离子探针应运而生，它可以通过荧光变化反应细胞内钙离子浓度。经历半个多世纪的发展，基因编码的钙离子探针（Genetically Encoded Calcium Indicator，GECI）已经成为检测细胞钙离子信号或细胞活动时不可缺少的工具。

目前，领域内广泛使用的 GECI 是 GCaMP 系列。GCaMP 的初始版本诞生于 2001 年，经过 20 多年的改造其灵敏度和反应速度都已得到显著的改善。但是，它们的反应幅度也就是对于钙离子信号大小的分辨率依旧有待提高。

前不久，北京师范大学章晓辉教授和王友军教授，携手中国科学技术大学唐爱辉教授，研究了 GECI 动态范围迟迟没有获得进步的根本原因。

由于 NEMO 是一种基因编码的钙离子探针蛋白，跟化学钙离子探针相比，除能在整体成像中广泛应用之外，GECI 的另一个重大优势在于，它们可以特异性地精准定位于某种细胞器，实现对细胞器钙离子信号的检测。

所以，课题组还会进一步对 NEMO 进行改进，通过添加各类定位序列，针对细胞和细胞器互作钙离子信号打造出更加灵敏的探针。此外，内质网、高尔基体、溶酶体等细胞器中静息钙离子水平，都可以达到几百微摩尔。

而为了对高钙细胞器的钙离子浓度进行测定，他们还开发了低钙亲和力版本的 NEMO，并将其命名为 NEMOer。

前期测试结果表明，与近 20 年来的内质网版本 GECI 相比，NEMOer 更亮、更灵敏、动态范围更大。

目前，研究人员已经打造出可以表达 NEMOer 系列及其比值版本 TuNer 系列的果蝇模型和斑马鱼模型，其也正在利用 NEMOer 和 TuNer 开展在体神经元内质网钙离子动态和钙离子稳态的检测工作。

另据悉，心理学与认知神经科学一直是北师大的“金牌专业”。认知神经科学和心理学是密不可分的，它们的最终目的都是解答人类如何认识世界的问题。

神经科学更加关注各种认知功能背后的神经机制，心理学则更加关注功能本身。对于神经科学来说，心理学会提供很多关于认知的理论和现象来帮助、促进和启发神经科学的研究。

比如该团队在研究小鼠空间探知与社交行为时，其实也是受到心理学研究的影响，才产生了探究小鼠行为背后的神经机制的想法。相信在未来的研究中，心理学也将给他们带来更多灵感。

参考资料：

1.Li, J., Shang, Z., Chen, JH. et al. Engineering of NEMO as calcium indicators with large dynamics and high sensitivity. Nat Methods 20, 918–924 (2023). https://doi.org/10.1038/s41592-023-01852-9

运营/排版：何晨龙

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