Из-за значительного прогресса в области технологий, что позволяет экспертизу транскриптома и протеома на клеточном уровне, то сейчас она стала ясно, что биохимия и результирующий поток метаболитов и ионов весьма сотового типа конкретных. Например, в печени млекопитающих, последовательный деградация глутамина и синтез проводят одновременно по перипортальных клеток и клеток перивенозной соответственно, подача аммоний в цикле мочевины в первом типе клеток, потребляя избытка аммиака в последнем 1-3. В некоторых случаях, значительная биохимическая гетерогенность обнаруживается даже в одном "типа клеток" 4, 5. В дополнение к такому пространственной специфичности, клеточные уровни метаболитов и ионов высокой динамичностью (например, сигнальных молекул, таких как Са 2 + и циклических нуклеотидов). Пространственно-временные закономерности метаболитов и ионов часто играют важную роль в передаче сигнала. Ммониторинг функционирования клеточных динамику метаболитов и ионов, однако, представляют уникальную проблему. Во многих случаях изменение концентрации быстрый и временный, примером которого случае сигнальных молекул, таких как Ca 2 +, который распадается в течение ~ 20 мс в дендритных шипов 6. Кроме того, компартментализация биохимических путей в рамках и среди клеток затрудняет количественную динамику метаболитов и ионов с использованием экстракции и хроматографии на колонке / методы масс-спектрометрии.
Генетически кодируемые сенсоры для биологических молекул в настоящее время широко используется в связи с высокой пространственно-временной резолюции, которая позволяет экспериментатор изучать короткоживущие и / или обособленных молекулярной динамики (обзор в 7, 8). Эти генетически закодированные датчики можно условно разделить на две категории; датчики интенсивности основе и ratiometic датчики. Датчики интенсивности на основе, как правило, состоят из связывающего домена и гриппаorescent белок (FPS), и растворенное вещество связывания с связывающего домена изменяет интенсивность флуоресценции. Ratiometic датчики, с другой стороны, часто пользуются Фостер резонансный перенос энергии (FRET) между двумя ФП, которые функционируют как пара волнуйтесь. Эти датчики состоят из связывающего домена и двух ФП, и растворенное вещество связывания вызывает изменение эффективности FRET между двумя ФП. Большое количество датчиков для биологически важных метаболитов и ионов были разработаны в последнее десятилетие 8, 9.
Один из захватывающих возможности, предлагаемые таких генетически кодируемых сенсоров является их использование в анализе с высоким разрешением процессов мембранного транспорта, который ранее не был легко обнаружить на клеточном уровне. Генетически кодируемые сенсоры облегчить анализ транспортных механизмов, таких как субстратной специфичности и рН зависимости 10, 11. Кроме того, в сочетании с генетическими разрешенииources таких как библиотека РНК-интерференции конструкции для модельных организмов, в настоящее время можно проводить обыски генома для новых транспортных процессов с использованием генетически закодированные датчиков. Действительно, использование генетически закодированного датчика приводят к открытию ранее неохарактеризованных перевозчиков в нескольких случаях 12, 13.
В последнее время наша лаборатория разработала серию FRET основе датчика для глутамина. Мы показали, что уровни глютамина сотовой могут быть визуализированы с помощью таких FRET глютамина датчики 10. Эти датчики состоят из FRET донора (mTFP1), вставленной в бактериальную обязательного глютамин белка glnH, и FRET акцептора (Венера) на С-концах glnH (рис. 1). FRET эффективность этих датчиков уменьшить при связывании глутамина, в результате уменьшения отношения интенсивностей акцептор / доноров. Изысканные регулирование глютамин транспортных процессов играет важную роль в биологических процессах, таких как neurotransmission 14, 15 и содержание цикла мочевины в печени 1, 16, 17.
Здесь мы показываем, методологию анализа транспортной деятельности с FRET датчиков для глутамина, используя широким полем флуоресцентного микроскопа настройки. Цель экспериментов, представленных здесь, чтобы обнаружить транспортера деятельность в одной ячейке и изучить субстрата специфику временно выраженной транспортера.