高分辨率荧光传感器可以在多个尺度上显示细胞内腺苷动态

一个研究小组在《自然通讯》上发表了一项研究，详细介绍了一种新型基因编码荧光传感器的开发，用于实时、细胞类型特异性地监测细胞内腺苷（iAdo）。

该传感器名为超敏细胞内腺苷传感器（HypnoS），可以在活体动物大脑中以高时空分辨率监测癫痫发作或睡眠-觉醒周期期间的iAdo动态。

细胞外和细胞内腺苷（eAdo和iAdo）通过平衡核苷转运蛋白（ENT）形成跨膜对话网络，其失衡与神经退行性疾病、代谢综合征和肿瘤等疾病密切相关。

然而，由于传统技术在捕捉iAdo的毫秒级动态变化及其亚细胞定位模式方面的局限性，关于腺苷的细胞来源、释放机制和跨膜转运的具体过程仍存在许多争议。

为了克服这些挑战，中国科学院遗传与发育生物学研究所（IGDB）的吴兆发领导的研究人员与北京大学的王静和李玉龙合作，使用循环排列增强型绿色荧光蛋白（cpEGFP）和腺苷脱氨酶（PvADA）设计了HypnoS。

在筛选了3000多种蛋白质变体后，他们生产了一种传感器，其最大荧光响应幅度约为900%，亚秒动力学响应和高底物选择性——所有这些都不会干扰正常的细胞生理学。

HypnoS能够在活果蝇和小鼠模型中从单个细胞到整个脑组织的多个尺度上可视化iAdo动态。

在癫痫等病理过程中，腺苷被认为是一种重要的内源性抗惊厥因子。通过将HypnoS与体内广角成像技术相结合，研究人员绘制了活体小鼠大脑癫痫发作期间细胞内腺苷的动态变化图，将整个皮层作为空间尺度和高时间分辨率。

结果显示，细胞内腺苷在癫痫中具有潜在的神经保护作用。此外，研究人员在神经元和星形胶质细胞中特异性表达HypnoS，并采用体内双光子成像技术以单细胞分辨率解析不同细胞类型中细胞内腺苷的动态变化。

在睡眠-觉醒调节等生理过程中，腺苷被认为是睡眠稳态调节的关键分子。

研究人员将HypnoS与光纤、脑电图和肌电图记录相结合，捕捉到了小鼠基底前脑在清醒和快速眼动睡眠期间细胞内腺苷增加的现象，以及在非快速眼动睡眠中腺苷水平降低的现象。

他们发现ENT1/2主要介导神经元中腺苷的释放，并促进星形胶质细胞中腺苷的摄取，揭示了睡眠稳态中两种细胞类型之间的分工。

这一发现为通过腺苷水平调节干预睡眠障碍提供了分子基础。p