为大家推荐一篇来自JACS上的文章“Fluorescent and Bioluminescent Calcium Indicators with Tuneable Colors and Affinities”。文章的通讯作者是来自普朗克医学研究所的Kai Johnsson，他致力于开发新的化学工具用于调控蛋白的功能。

      钙离子作为第二信使参与了很多生物通路的调节。钙离子示踪剂的开发大大助力了生命过程中钙离子功能的研究。目前第一代开发的基于基因编码的钙离子示踪剂（GECI）依然是这个领域的金标准，但是GECI本身亮度低，动力学慢，颜色范围窄等缺陷都严重限制了它的应用。本篇文章则在他们自己之前开发的一种启动式荧光染料的基础上开发了一个新型的钙离子示踪剂。

      Johnsson组之前开发的MaP是一种基于罗丹明结构的荧光基团。这一荧光分子常态下是没有荧光信号的，只有在与HaloTag结合后才会具有荧光的状态，这使得这一荧光分子标记的背景很低而且在标记过程中不用清洗。本篇文章中作者在MaP上连接了一个钙离子特异的嵌合剂BAPTA，这样这一荧光分子就可以靶向钙离子了。而这个钙离子结合的中心正是本体MaP探针被荧光淬灭的关键位置，一旦钙离子与探针结合，探针的荧光能力就会恢复。这使得新设计的MaPCa探针是一个响应HaloTag和钙离子的双重荧光探针。他们合成了一系列的MaPCa分子，这些分子的涵盖了广泛的颜色范围并且具有不同的亲和能力。

      在合成了一系列分子后，文章首先在体外用纯的钙离子验证了这些分子与钙的结合力，他们找到了三种对钙离子有高亲和度的荧光探针。接着，他们又将这三种探针应用在活细胞的标记上，他们发现其中两种探针都能够显现出与背景相比极高的对比度。最后他们将这个探针应用在标记小鼠脑部神经细胞的钙离子变化上。他们发现在一系列动作电位的激活下探针都能很好地检测到钙离子浓度的变化，证实了他们确实是很好的钙离子示踪剂。

      由于Halotag本身可以在嵌合体H-luc的作用下与furimazine依赖的荧光素酶NanoLuc作用，这一探针的荧光信号还可以被转化为生物荧光的信号。NanoLuc在与Halotag结合后会与小分子上的罗丹明小分子产生BRET，这样就可以同时观测到450nm的发射光和罗丹明小分子本身的发射光，产生最高到远红外的可调谐的光信号。后续的生物学实验也证实了MaPCa探针确实可以被用于这样的生物荧光过程，大大拓宽了MaPCa示踪剂的应用领域。

      总而言之，本篇文章开发了一种特异性的钙离子示踪剂MaPCa。它具有广泛的颜色范围和可调节的钙离子亲和性。同时这一示踪剂还可以被应用在生物荧光领域，具有极高的发展前景。

本文作者：LZH

责任编辑：WXH

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01465

文章引用：DOI：10.1021/jacs.2c01465