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解佩令·绿色荧光蛋白
热度 11 kongmoon 2016-9-8 08:42
柔柔水母,轻轻夜浪。 蛋白灯、萤色清亮。 借去基因,见草木、霓裳标榜。 沐蓝光、绿荧幽漾。 雕琢添彩,微丝任染。 细胞窥,缤纷跌宕。 赞叹奇才,慕名者、阖族追访。 又钱塘、射潮堤上! 在美国西北海岸所盛产一种叫做 Aequorea victoria 的水母,它们有着美丽的外表,在夜里会发出莹莹的绿光。 1962 年,日本科学家下村修在这种水母的发光器官内提取出天然绿色荧光蛋白,有别于萤火虫等以荧光素发光的生物。这种蛋白在紫外光下则呈现出绿色的荧光;美国科学家马丁·查尔菲听说绿色荧光蛋白时,他马上想到利用分子遗传学方法将绿色荧光蛋白基因转到其他生物中,很快他的想法先后在两种小线虫中得到表达,,确认了绿色荧光蛋白可作为一种通用的基因标志,而应用于各种有机体中。 华裔科学家钱永健及其合作者解决了绿色荧光蛋白的晶体结构问题,能对 GFP 的变体合成进行设计,创造出荧光更强颜色更丰富多彩的 GFP 变体,有的呈黄色,有的呈蓝色,有的呈红色,有的可按激活程度不同而变色。让 GFP 能同时对不同的蛋白标记,多角度地观察不同功能的蛋白质和细胞。 GFP 在科学研究上有着非常广泛的应用,因为它能够使我们直接看到细胞内部的运动情况。比如,我们可以把 GFP 它连接到一种病毒上。然后用紫外光照射,绿光在宿主体内扩散的路径就是病毒感染的路径;把 GFP 链接在载体或囊泡上,就可能通过显微镜观察到细胞内部的物质运输。 2008 年 10 月 8 日,诺贝尔奖委员会宣布上述三位科学家因发现并发展了绿色荧光蛋白( GFP )而共同获得当年的诺贝尔化学奖。 2016 年 8 月 24 日,钱永健在美国俄勒冈州因意外去世,享年 64 岁。他是“钱王射潮”主角吴越王钱镠的第 34 代裔孙,堂伯父是中国导弹之父钱学森。钱永健为人直爽,在获奖后对中国记者说“我不是中国科学家。我在美国长大,并一直在这里生活……但我希望奖项能鼓舞中国的学生和科学家。”。 2009 年,钱永健又在香港中文大学说,“我在美国出生、成长,我不太会说中文,我是美国科学家,这一点很确定,我不是中国科学家。血统出身并不能决定一个人的身分,一个成功的科学家必出于一个开放的社会,自由的环境是培育科学家的要件。”
个人分类: 化学|7713 次阅读|22 个评论
带GFP的细胞周期流式检测方法
macxuao 2016-3-30 10:21
主要实验材料: 带GFP的细胞(同时应有不带GFP的细胞作为对照)、0.01M PBS、2%多聚甲醛溶液(PBS稀释)、70%乙醇、50ug/ml PI溶液(PBS稀释)、100ug/ml RNase、流式管、涡旋仪、37度水浴锅、冰盒 实验步骤: 1、计数细胞,取2X10 6 个细胞,用PBS洗涤细胞(300g离心5分钟弃上清); 2、用500ul 预冷的PBS重悬细胞,加入500ul 2%多聚甲醛溶液,混匀后放置在冰盒中20分钟(注意不要超过1小时,低浓度的多聚甲醛以及更短时间的固定能保留较多的GFP荧光信号); 3、300g离心5分钟弃上清,加入2mL PBS重悬细胞,300g离心5分钟后弃上清,加入1ml 70%乙醇(将细胞管在涡旋仪上轻轻振荡,逐滴加入70%乙醇),迅速混匀后可放置四度固定破膜过夜; 4、300g离心5分钟充分弃去乙醇(用移液器吸去乙醇),加入1ml终浓度为50ug/ml PI以及100ug/ml RNase的染色液,混匀后37度避光孵育30分钟; 5、放置在冰盒中尽快用流式细胞仪获取检测(如有絮状物,建议用200目尼龙网过滤后再上机)
个人分类: 实验方法|7568 次阅读|0 个评论
GFP系列(三) 不同颜色信号的leak through
热度 1 小水獭 2013-8-27 04:33
之所以Roger Tsien 实验室要花大力气产生不同颜色的荧光蛋白.又一个原因就是可以在同一个细胞同时观察不同蛋白的亚细胞定位. 在下图所示,由不同颜色荧光蛋白标记的细胞分裂过程. modified from : figure 11 http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes/fpintroduction.html 但是不同荧光蛋白(FP),如果激发光谱或者释放光谱很接近,就会导致leak though.比如打算拍绿色信号,但是红色信号也有一部分未被过滤. 本来小水獭简单地认为,就是因为倒U型曲线的覆盖.但是实际上,对于XFPs还有另外一个原因. 荧光蛋白的荧光集团形成需要好几个步骤,对于红色荧光蛋白DsRed而言,它的形成中有一个绿色态(green state).未成熟的DsRed可能会被激发而发绿色荧光. 对于绿色荧光蛋白GFP而言,它的光漂白(photobleaching)有一种情况就是在缺氧条件下,虽然激发光是488nm,GFP可能释放红色荧光. 荧光集团成熟过程如下图所示: 上图来源于 ChuDakov 2010 figure 6 这张图解释了我的一个疑问,就是荧光集团的成熟是否需要光激活,还是FPs在光激活以前荧光发色团已经形成.这张图中看来,有些荧光集团成熟好像是需要光子提供能量的,但是GFP是不需要的. 所以荧光蛋白的leak through 还是一个有多种原因的现象. 参考文献: (1) Roger Tsien Annu. Rev. Biochem. 1998. 67:509–44 The green fluorescence protein (2) http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes.html (3)Chudakov DM, Matz MV, Lukyanov S, Lukyanov KA (2010) Fluorescent proteins and their applications in imaging living cells and tissues. Physiol Rev 90:1103-1163.
个人分类: 活色生香de生物科学|12465 次阅读|3 个评论
GFP系列(二) 为什么mCherry 的荧光就这么不稳定?
热度 2 小水獭 2013-8-26 14:51
在细胞里 tdTomato有严重的aggregation,不过在细胞质里也还是有弥散状分布的tdTomato.但是似乎bleaching 和quenching只发生在弥散分布的tdTomato蛋白里,aggregation的亮点似乎没有太大的荧光衰减.难道aggregation有助于蛋白稳定?更稳定的结构保证荧光集团的稳定? 在ZIESS网页: zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes/anthozoafps.html (page 3/18)中提到 最初的DsRed是四聚体,荧光较稳定,但是不适合实际应用.在实验室产生单体RFP(red fluorescence protein)非常难,使用了不断突变.第一代单体RFP荧光较弱,而且非常容易photobleaching.RFP和DsRed主要区别就是一个是单体一个是四聚体.看来寡聚化(oligomerization)对荧光稳定性是有帮助的. -------------------------------------------------------------------------- (1)pH 今天我测了所有接触样品的试剂的pH.固定液多聚甲醛PA,和Carboiimide(EDC),以及清洗试剂PB都是pH7.4,在这个pH mCherry应该是稳定的.所以我想pH的因素可以排除. (2)光强 试试减弱激发光的光强. 按照今天的实验结果来看,光强是目前影响最大的因素. 以前小水獭想尽量减少曝光时间,总觉得曝光时间越长,荧光衰减越快. 但是减弱光强,单位时间内荧光集团接受能量减少,从今天的结果来看,是有利于荧光的稳定的. (3)抗氧化剂 谢谢徐磊的指点,提醒我还有一条路就是加抗氧化剂. 在Tsien R 1998 的review里也提到了Trolox, 维他命E衍生物,可用于荧光保护. Cell-permeant antioxidants may be helpful in protecting such GFPs from bleaching. An example is Trolox, 6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2- carboxylic acid, a water-soluble vitamin E analog commercially available from Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI. 我搜到了另一篇文章 Campos LA, Liu J, Wang X, Ramanathan R, English DS, Munoz V (2011) A photoprotection strategy for microsecond-resolution single-molecule fluorescence spectroscopy. Nature methods 8:143-146 是使用Trolox的. (4)封片试剂 mounting medium Tsien 1998 里提到了FPs对酸和有机试剂敏感,我就开始紧张封片试剂mounting medium了. 刚好搜到下文: Malkani N, Schmid JA (2011) Some secrets of fluorescent proteins: distinct bleaching in various mounting fluids and photoactivation of cyan fluorescent proteins at YFP-excitation. PLoS One 6:e18586. 文章用CFP和YFP测试两种封片试剂来自于Dako和ultramount,不过我们实验室用的是Vector公司的mountingshield.文中提到,目的是保护荧光的封片试剂,其中的有机溶剂,主要是甘油glycerol可能会影响FP. 文中还提到最佳的保护溶剂是PB:glycerol=1:7.小水獭腹黑的笑了,以为找到了终极秘籍. 今天小水獭对照试验了三种封片试剂(1)PB,(2)mounting medium (3) PB+glycerol,坑爹啊!!!!!!!!!!!!! PB最好,mounting medium 其次,他们建议的PB+glycerol最不灵,片子毁得一塌糊涂,背景高的吓人.信号却没了 不过目前小水獭认为,对fixed tissue,封片试剂确实不能提高荧光稳定性,哦..........还不如PB. 但是对于化学合成的抗体偶联荧光分子,比如Alexa,Texasred 系列,封片试剂应该是有帮助的. (5)新鲜配置4%PA Dr.Pan建议以后最好每周新配PA,小水獭想也许应该这样的.
个人分类: 活色生香de生物科学|47722 次阅读|9 个评论
GFP系列(一) XFPs不用不知道的缺点
小水獭 2013-8-26 12:36
前言: 小水獭最近实验遇到很不开心的问题,就是荧光蛋白漂白的很快,拍不到理想的照片.于是小水獭下定决心,好好弄明白这个问题. GFP系列(一) GFP好像还是FP家族最好的一个 绿色荧光蛋白(green fluorescence protein, GFP)最初是来自于一种水母 Aequorea victoria 的发光蛋白.2008年诺贝尔奖颁发给三位科学家 下村脩(Osamu Shimomura)、Martin Chalfie 和钱永健 (Roger Tsien).就是由于他们三位在GFP上里程碑式的贡献.尽管在Roger Tsien的实验室研制了许许多多GFP的突变衍生物(参照图1),可以发出不同颜色的荧光.但是小水獭的感觉,在实际应用上,好像还是自然进化来源的GFP各方面指标最好. http://www.rsc.org/ej/CS/2009/b904023d/b904023d-f9.gif 在实际应用上,有各方面的指标:比如 光学稳定性,不容易漂白(bleaching,quenching);荧光强度;不形成集聚(aggregation);pH稳定性;不产生细胞毒性(因为FP的荧光集团形成会产生H2O2). 从文献上看,很多种GFP衍生物都很理想,可是使用起来,小水獭表示很抓狂.mCherry已经是Roger Tsien实验室发表文章中大力推荐的一个,可是小水獭用起来,~~~~(_)~~~~ 说多了都是泪 . 主要缺点就是荧光发光集团不稳定.一拍照就漂白的差不多了. 另一些来自于珊瑚虫DsRed及其衍生荧光蛋白可产生集聚aggregation(见图2).对于tdTomato链接的蛋白的表达不利.但是使用GFP就不会有这两方面缺点,虽然荧光强度比tdTomato弱比较多. http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/spectralimaging/images/spectralfretfigure4.jpg 参考文献: Shaner NC, Steinbach PA, Tsien RY (2005) A guide to choosing fluorescent proteins. Nature methods 2:905-909. http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes/index.html
个人分类: 活色生香de生物科学|12654 次阅读|0 个评论
王二卖瓜之馊主意儿
zhangt10 2010-9-7 21:38
哇哈哈哈。原来诺贝尔奖讲座里提到过我出的馊主意过啊。虽然没有提名字,也是很得意的事情呢。 很惭愧的承认一下-我这人读文献其实是非常实用主义的。 没办法,现代社会的信息量太大,文献等等的信息摄入的决策都被电脑的提示系统代替了。 所以呢,读研时候轮转过半年的导师MC前两年的诺贝尔奖讲座全文就没有读过。 算来我还是顶早给他发贺信电邮的,因为和朋友赌他那年能不能得奖的缘故 - 本来也是很没谱的事,贡献的人太多,少给了谁都郁闷。 朋友的预言里没导师,出于义气就赌了一把。结果呢是Doug没有拿到,让人慨叹了下。也就赶到了第一时间发了贺信。 今天读到这篇文章,也是很巧的事。因为要去总部叙职,突然想到以前一起在MC实验室工作过的Yuan十几年前加入这家公司,到网上搜了下,居然撞上了MC的诺贝尔讲座 http://www.pnas.org/content/106/25/10073.full Fig 4里面豁然是Yuan的大头照,好多年了几乎没怎么变啊。 继续读下去,居然有一段是关于E3 RING加GFP的,哈哈,这不是我出的主意儿嘛! 有人问我为什么抛弃试验做理论,我会告诉他我的一个研究生课题 - 提纯MDM2蛋白。 MC的GFP文章出来那年我蹭进他的课题组,天天抓虫子做遗传。那年不知NIH发了什么神经,大老的Grant都是首轮被打回。钱途不明,于是我就只好继续轮转到别的实验室,做做肿瘤就留在那了。 不过也没少回去分享八卦版的世界日报,侃大山联系革命友情。还有就是吐苦水-我的课题。 博导一直不理解怎么这么简单的蛋白生化我都搞不定-我一直觉得这东西如同鬼魅一般,表达的细胞里还有,过了柱子就完全消失。 当然,我们那时后还不知道这个蛋白可爱的特性-自我销毁的E3功能。 等到练出了穿着棉袄四小时提纯的功夫,我也差不多决定改行了。 但是对于曾经的苦难,我们都是如此的难以忘怀啊。 转行之后,有一天听Uri (比派克还帅)Alon 讲他怎么用GFP做TF Network,突然意识到GFP的稳定性导致了比较适合用来做On的测量, 很难去看On-Off的过程。于是打电话给了MC实验室的兄弟,怂恿他去我博导实验室要来MDM2的RING加到GFP上做个可降解的GFP. 结果居然很成功,也助动了小师妹的一篇Mol Cell 文章。系里三大巨头的合作啊,我这出主意的能得到Acknowledgement 也很开心了。现在这行有新工具可分享也是很让人高兴的。 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14580339 就是这个可降解GFP的小贴士,MC居然还在他的Nobel讲座里也提到了呀。哇哈哈哈 人生一大惊喜,大概是歪打正着。比如MC做多年Mec的本行,居然是靠了个GFP得诺贝尔。 而我本行的理论预测如何之 正确,还需要五年以上的医学实践 来证实。 今天这个小小的惊喜,也很让人得意了。
个人分类: 生活点滴|1180 次阅读|0 个评论
谁将是荧光蛋白质的后继者?
sunon77 2008-10-13 05:40
This years Nobel Prize of Chemistry went to three scientists who made significant contribution toward marking proteins in the living cell with Green Fluorescent Protein (GFP). Nobel prizes usually cause a sensation in the media but not among real researchers. Since if the discovery could be bestowed with the honor, it has already been widely known or widely used for quite a while. Now what researchers really care is what will come after Green Fluorescent Protein technology since GFP certainly has some limits. There are still many urgent demands from biologists which GFP can not meet. Current technology of protein dyes The revolution of GFP is to enable researchers to see when and where certain proteins are expressed. You could even associate the intensity of GFP with the protein concentration. Then you can derive some quantitative measurements for your modeling. The most impressed GFP image which I have seen is from Robert Kays research of the Chemotaxis of E Coli. He showed that when certain genes of molecular motors are knocked out, the cell can not move at all even GFP images show signaling proteins are correctly synthesized in the chemical gradient direction. Fig. 1 GFP to show the expression of Chemotaxis signaling proteins You can see a video here: http://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/groups/rrk/movie2.html Gene Myers from Janelia Farm Research campus of HMMI even introduced computerized visual identification to scan thousands of GFP images from genome-wide experiments. Therefore, not just single biochemical pathway could be made clear from GFP. The total protein interaction network dynamics could be inferred from genome-wide protein expression pattern with GFP. Limitation of protein dyes Protein dyes technology is hugely improved fby the mutations leading to various colors and increased Fluoresce in the Roger Tiens hands. However, the number of different color is still too limited with the respect to the increasing demands from biologists to see the expression patterns of the large number of different proteins simultaneously. We could learn when and where proteins are expressed by GFP but the number is usually very small. Fig. 2 Three color scheme GFP image for cell mitosis To make up for this limitation, the current high-throughput technology is usually used to quench cells and extract cell extracts every few minutes or even hours to capture the cell dynamics. Then concentrations of different proteins are separated by mass-spectrometer. However, there are several disadvantages: First, we lose the information of spatial distribution of those proteins. Secondly, it is highly efforts-consuming job so it is quite coarse-grained in time resolution. Thirdly, there certainly are some unexpected changes when we crash the cells. Therefore, high-throughput mass-spectrometry technology can handle with hundreds of proteins at the same time but lose much information of space and time. Outlook of protein marking technology It is urgent to develop a new technology to mark hundreds of different proteins simultaneously and to detect their expression without any damage to the cell. There are many wild speculations. Nobody has really developed some feasible technology, yet. One possibility is to use some proteins with hundreds of different conformations if it is mutated. They can be attached to any proteins which the biologists are interested. Then an nano-NMR array scanner could be used to scan the cell for its spatial-temporary protein expression pattern. There is no need for the nano-scanner to have a high resolution. It is enough if it can distinguish various shapes of mutated protein markers. However, it has to be fast enough to give a better time resolution. Feynman once said that what Biology needs is to see better at the atomic Level: We have friends in other fields--in biology, for instance. We physicists often look at them and say, You know the reason you fellows are making so little progress? (Actually I don't know any field where they are making more rapid progress than they are in biology today.) You should use more mathematics, like we do. They could answer us--but they're so polite, so I'll answer for them: What you should do in order for us to make more rapid progress is to make the electron microscope 100 times better. This observation is still valid if we want to study the details of the biochemical reactions. However, if we want to study the dynamics of hundreds or even thousands of proteins within one cell, a automatic protein marking and detecting technique with high spatial-temporary resolution is what biologists desperately need. This years Nobel Prize does not signify the beginning of the end of protein marking technology; instead, it is just the end of the beginning. END
个人分类: 生物物理-biophysics|4963 次阅读|2 个评论

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