FRET imaging of protein-protein interactions inside living cells
活细胞内蛋白质-蛋白质相互作用的 FRET 成像
基本信息
- 批准号:9551240
- 负责人:
- 金额:$ 132.9万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:
- 资助国家:美国
- 起止时间:至
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Advisory CommitteesAffinityAnisotropyBindingBiologicalBiophotonicsBiosensorBrainCa(2+)-Calmodulin Dependent Protein KinaseCalciumCell physiologyCellsCollaborationsCyclic AMPData AnalysesEnergy TransferFiberFiber OpticsFluorescenceFluorescence Resonance Energy TransferGlassHoloenzymesHomoHumanImageIndividualInstitutesLaboratoriesLigandsLogisticsManuscriptsMeasurementMeasuresMediatingMethodologyMethodsMicroscopeMicroscopyMissionMolecularMolecular ConformationMonitorMusNanotechnologyNational Institute on Alcohol Abuse and AlcoholismPhosphotransferasesPhotometryPhysiologic pulsePhysiologicalPhysiologyPresynaptic TerminalsProductionProteinsResearchSamplingSiteSpectrum AnalysisSpeedStructureSynapsesTechniquesTechnologyTranslationsUnited States National Institutes of HealthUniversitiesbasecalmodulin-dependent protein kinase IIdesignimaging modalityimaging probeinstrumentinstrumentationinterestlive cell microscopyneuronal cell bodyprogramsprotein complexprotein protein interactionquantum computersynaptic functiontime usetool development
项目摘要
The objective of the Section on Cellular Biophotonics is to develop new forms of microscopy and photometry to study protein-protein interactions under physiological conditions. I will outline the current status of the four major projects in the section.
SCB has four Specific Aims:
1) To automate fluorescent polarization and fluctuation analysis (FPFA) microscopy, and to apply this technology to biological problems.
2) To develop a method for simultaneously monitoring two independent protein-protein interactions inside cells, and to use this approach to generate binary biosensors.
3) To investigate the mechanism of ultrafast energy transfer between fluorescent proteins.
4) To develop a methodology for monitoring protein-protein interactions using deep-brain fiber photometry.
Specific Aim 1 Under the direction of Dr. Nguyen, we have designed and built an automated microscope that is capable or collecting FPFA data from 96 samples in a glass-bottom 96-well plate overnight. This instrument has excellent repeatability across all sample wells, and the experimental variance is very low. A manuscript describing this instrumentation is being prepared. We are collaborating with Dr. Anne Kenworthys laboratory at Vanderbilt University to demonstrate the utility of this automated instrumentation.
Specific Aim 2 This project is primarily under the direction of Dr. Nguyen, with collaborative support of the Puhl. Tuan has demonstrated that homo-FRET and hetero-FRET can be measured simultaneously and that these measurements can follow independent changes in the proximity of homo-FRET and hetero-FRET pairs. Tuan has demonstrated the utility of this approach by simultaneously monitoring the binding of a CaM-Kinase-II T-site ligand using hetero-FRET while simultaneously measuring a conformational change in the kinase holoenzyme structure triggered by the ligand using homo-FRET. Dr. Puhl is currently developing binary biosensors that simultaneously monitor free calcium concentration with both low and high affinity to further demonstrate the utility of this approach.
Specific Aim 3 Dr. Kim has been using time-resolved anisotropy, FCS, antibunching, and paired-pulse correlation to develop new analysis and instrumentation to investigate ultra-fast (less than a few picoseconds) energy transfer between fluorescent proteins. His results indicate that a coherent energy transfer mechanism is responsible for this unexpected high-speed energy transfer. We speculate that such a mechanism might have utility in developing quantum computers.
Specific Aim 4 In collaboration with Dr. Lovingers laboratory (LIN), Drs. Nguyen and Kim are developing fiber optic based instrumentation to monitor FRET-based biosensors for cAMP and A-kinase activity in living mice based on monitoring changes in fluorescence lifetime.
细胞生物光谱学部分的目的是开发新形式的显微镜和光度法,以研究生理条件下的蛋白质 - 蛋白质相互作用。我将概述本节中四个主要项目的当前状态。
SCB具有四个具体目标:
1)自动化荧光极化和波动分析(FPFA)显微镜,并将该技术应用于生物学问题。
2)开发一种同时监测细胞内部两种独立蛋白质蛋白质相互作用的方法,并使用这种方法来产生二元生物传感器。
3)研究荧光蛋白之间超快能量转移的机制。
4)开发一种使用深脑纤维光度法监测蛋白质蛋白相互作用的方法。
在Nguyen博士的指导下,我们设计并构建了一个自动显微镜,该显微镜能够或从96个玻璃底96孔板中的96个样品中收集FPFA数据过夜。该仪器在所有样品井中具有出色的可重复性,实验方差非常低。正在准备描述这种仪器的手稿。我们正在与范德比尔特大学的Anne Kenworthys实验室合作,以展示这种自动化仪器的实用性。
具体目的2该项目主要是在Nguyen博士的指导下进行的,并在PUHL的协作支持下。 TUAN证明可以同时测量Homo-Fret和Hetero-Fret,并且这些测量值可以遵循Homo-Fret和Hetero-Fret Pairs的接近性的独立变化。 Tuan通过同时使用异孔监测Cam-激酶-II T位配体的结合,同时测量了使用HOMO-FRET的配体触发的激酶Holoenzyme结构的构象变化,从而证明了这种方法的实用性。 PUHL博士目前正在开发二元生物传感器,这些生物传感器同时监测具有低亲和力的钙浓度,以进一步证明这种方法的实用性。
特定的目标3 Kim博士一直使用时间分辨的各向异性,FCS,抗启动和配对脉冲相关性来开发新的分析和仪器,以研究荧光蛋白之间的超快速(小于几次皮秒)能量转移。他的结果表明,连贯的能量传递机制是导致这种意外的高速能量转移的原因。我们推测这种机制可能在开发量子计算机方面具有实用性。
特定的目标4与Lovingers Laboratory博士(Lin)合作,Drs。 Nguyen和Kim正在开发基于光纤的仪器,以根据监测荧光寿命的监测变化,监测活小鼠中的基于FRET的生物传感器和A-激酶活性。
项目成果
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