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新一代GCaMP鈣指示劑——jGCaMP7系列

鈣成像技術在腦科學研究中是一項非常重要的生理觀察技術。基于神經元活動會引起細胞內游離鈣濃度的快速變化這一原理，結合顯微技術，它利用鈣指示劑可以實時監測在體神經細胞內的鈣離子濃度。研究人員可以利用特殊的熒光染料或者蛋白質熒光探針，將神經元中的鈣離子濃度通過熒光信號表現出來，從而達到檢測神經元活動的目的。近年來，基因編碼的鈣指示劑【genetically encoded calcium indicators (GECIs) 】在神經科學中得到了廣泛應用。根據其發光原理，GECI可以分為兩大類：基于單個熒光蛋白的GCaMP和基于熒光共振能量轉移(Fluorescent resonance energy transfer,FRET)的GECI。其中，以結構導向設計的GCaMP應用最為廣泛，其結構示意圖見圖1，成像原理見圖2。

圖1. GCaMP結構示意圖

【Nakai, J., Ohkura, M. & Imoto, K. Nat. Biotechnol. 19, 137–141 (2001)】

自2001年GCaMP1問世以來，科學家們通過基于結構的突變和基于神經元的篩選方法不斷優化GCaMP的親和性、信噪比、動力學和動態范圍等，先后成功開發過GCaMP2, GCaMP3, GCaMP5和GCaMP6，以滿足研究者不同的成像實驗。其中，GCaMP6系列鈣指示劑憑借其獨特的優勢曾經一段時間獲得科研工作者的青睞。它可以檢測單個動作電位，也可以檢測大量神經元活動和神經亞細胞(如樹突棘和軸突)活動。但是，GCaMP6只有在適宜條件下才能檢測單個動作電位，若處于具挑戰性的條件下，GCaMP6的檢測準確性就會下降。這就需要新一代GCaMP鈣指示劑——jGCaMP7系列來解決，其研究成果科學家們已于2019年7月發表在Nature Methods上。

鈣成像實驗成功的關鍵之一就是選擇合適的GCaMP。那么，面對眾多的GCaMPs鈣指示劑，我們該如何選擇呢？眾所周知，不同的成像實驗需要使用不同性質的GCaMP，如本底熒光低的GCaMP適用于寬視場成像技術，可以同時檢測大量神經元的活動，這主要是由于大量神經元被GCaMP標記，光子數多，容易形成比較強的背景熒光；本底熒光高的適用于檢測神經亞細胞的信號，如樹突棘和軸突，這主要是由于這些神經亞細胞結構體積小，GCaMP表達少，光子數少，背景熒光低甚至可以被忽略；快動力學的GCaMP適合檢測神經元放電模式的動態變化；慢動力學的GCaMP則適合檢測所有活動的神經元。

jGCaMP7('Janelia GCaMP7')系列鈣指示劑的組成和特點如下表和下圖3：

圖3. jGCaMP7系列在原代神經中的性能

【 nature methods. vol 16. jul y 2019. 649–657】

為了滿足客戶不同的鈣成像實驗需求，維真生物現已完善了鈣指示劑現貨庫，下圖是jGCaMP7系列產品信息，歡迎咨詢！