Nature Biotechnology发表中国学者基因编码荧光探针成果

　　

　近日，中国科学院深圳先进技术研究院副研究员储军主持研发的新型大斯托克斯位移荧光蛋白取得突破，实现了在小鼠脑内单一波长激发双色荧光成像和高灵敏的生物发光成像。该工作以A bright cyan-excitable orange fluorescent protein facilitatesdual-emission microscopy and enhances bioluminescence imaging in vivo.（《一个能够用于双色显微成像和增强生物发光的青色光可激发的橙色荧光蛋白》）在2016年7月的《自然-生物技术》（Nature Biotechnology)杂志发表。该论文发表后作为Nature Methods的research highlights（研究亮点），受到了高度评价。

　　作为报告基因之一的荧光蛋白广泛应用于生物大分子功能的研究，比如蛋白定位和动力学、细胞标记和药物研究。其中，大斯托克斯位移荧光蛋白尤为重要，因为它实现了单一波长激发下的同时实现双色荧光成像，这为同时研究两个快速分子事件提供了强大的工具。但目前大斯托克斯位移荧光蛋白的亮度较低，而且只能与青色荧光蛋白（CFP）联合使用。由于绿色荧光蛋白（GFP）为目前最亮的荧光蛋白，如何寻找与GFP类似激发光谱的橙色或红色蛋白（大斯托克斯荧光蛋白）成为国际上的难点。

　　储军开发的青光可激发的橙色荧光蛋白CyOFP不仅在激发光谱上与GFP类似，而且亮度也类似，成功实现了双色荧光成像的同步化问题。此外，利用生物共振能量转移原理，将CyOFP和目前最亮的荧光素酶Nluc融合，成功开发了目前最高灵敏度的生物发光探针Antares，它的灵敏度比目前最常用的Nluc要亮13倍，为活体内细胞追踪提供了高灵敏的平台。

　　该项目是储军与美国斯坦福大学紧密合作完成的。今后研究将进一步提高CyOFP的亮度，使其能够提高其在细胞和动物体内的灵敏度。

 

　　(a)CyOFP和EGFP的光谱图；（b）CyOFP和GFP在单一双光子激发下的双色荧光成像；（c）生物发光探针Antares和Fluc荧光素酶在活体内生物发光强度的比较。

原文摘要：

A bright cyan-excitable orange fluorescent protein facilitates dual-emission microscopy and enhances bioluminescence imaging in vivo

Orange-red fluorescent proteins (FPs) are widely used in biomedical research for multiplexed epifluorescence microscopy with GFP-based probes, but their different excitation requirements make multiplexing with new advanced microscopy methods difficult. Separately, orange-red FPs are useful for deep-tissue imaging in mammals owing to the relative tissue transmissibility of orange-red light, but their dependence on illumination limits their sensitivity as reporters in deep tissues. Here we describe CyOFP1, a bright, engineered, orange-red FP that is excitable by cyan light. We show that CyOFP1 enables single-excitation multiplexed imaging with GFP-based probes in single-photon and two-photon microscopy, including time-lapse imaging in light-sheet systems. CyOFP1 also serves as an efficient acceptor for resonance energy transfer from the highly catalytic blue-emitting luciferase NanoLuc. An optimized fusion of CyOFP1 and NanoLuc, called Antares, functions as a highly sensitive bioluminescent reporter in vivo, producing substantially brighter signals from deep tissues than firefly luciferase and other bioluminescent proteins.