Protein huỳnh quang và ứng dụng của chúng trong hình ảnh tế bào và mô sống

Physiological Reviews - Tập 90 Số 3 - Trang 1103-1163 - 2010
Dmitriy M. Chudakov1,2, Mikhail V. Matz1,2, Sergey Lukyanov1,2, Konstantin A. Lukyanov1,2
1Shemiakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Moscow, Russia; and University of Texas at Austin, Austin, Texas
2University of Texas at Austin, Austin, Texas

Tóm tắt

Protein huỳnh quang xanh lá (GFP) từ medusa Aequorea victoria và các homolog của nó từ nhiều động vật biển khác nhau được sử dụng rộng rãi như các nhãn huỳnh quang mã gen toàn cầu. Nhiều phòng thí nghiệm đã tập trung nỗ lực vào việc xác định và phát triển các protein huỳnh quang với các đặc tính mới và cải tiến, dẫn đến một bộ công cụ mạnh mẽ để hình dung tổ chức cấu trúc và các quá trình động trong các tế bào và sinh vật sống. Sự đa dạng của các protein huỳnh quang hiện có gần như bao quát toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy, cung cấp nhiều khả năng thay thế cho việc gán nhãn đa màu và nghiên cứu sự tương tác của protein. Các protein huỳnh quang có thể tác động tới ánh sáng kích hoạt cho phép theo dõi các phân tử và tế bào đã được gán nhãn trong không gian và thời gian, và cũng có thể được sử dụng cho hình ảnh siêu phân giải. Các cảm biến được mã hóa gen giúp theo dõi hoạt động của các enzym và nồng độ của các phân tích khác nhau. Các protein huỳnh quang nhanh trưởng, đồng hồ tế bào và bộ đếm进一步 mở rộng các tùy chọn cho các nghiên cứu thời gian thực trong các mô sống. Tại đây, chúng tôi tập trung vào cấu trúc, tiến hóa và chức năng của các protein giống GFP và nhiều ứng dụng của chúng cho hình ảnh in vivo, với sự chú ý đặc biệt đến các kỹ thuật gần đây.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1007/BF02956173

10.1073/pnas.0805949105

10.1021/bi900383a

10.1021/jp071403p

10.1529/biophysj.104.055541

10.1038/nmeth.1207

10.1042/BJ20060874

10.1186/1741-7007-6-13

10.1021/bi700199g

10.1562/0031-8655(2001)074<0356:FCOPEG>2.0.CO;2

10.1111/j.1751-1097.2008.00435.x

10.1371/journal.pone.0002680

10.1021/cb600202f

10.1529/biophysj.107.105882

10.1073/pnas.202320599

10.1126/science.1102506

10.1038/nbt.1493

10.1073/pnas.0700629104

10.1073/pnas.0502772102

10.1146/annurev.arplant.50.1.601

10.1016/j.tins.2004.03.010

10.1016/S0006-3495(02)75415-5

10.1006/bbrc.2001.6004

10.1038/nmeth822

Baehler PJ, 2002, Methods Mol Biol, 183, 57

10.1073/pnas.97.22.11984

10.1073/pnas.96.20.11241

10.1007/s11068-008-9026-7

10.1007/s00125-008-0979-y

10.1021/ja063983u

10.1021/ja0176954

10.1021/bi0479205

10.1021/ja056635l

10.1073/pnas.2133463100

10.1016/S0962-8924(98)01410-X

10.1002/cphc.200400639

10.1186/1745-6150-3-28

10.1016/S0960-9822(99)80260-7

10.1038/nmeth866

10.1016/S1097-2765(00)80143-4

10.1126/science.1127344

10.1038/nbt0102-83

Blum HF, 1964, Photodynamic Action and Diseases Caused by Light

10.1038/nmeth1209-859

10.1038/nchembio.174

10.1016/0006-291X(81)91599-0

10.1186/1471-2148-9-77

10.1016/j.bbagen.2006.08.014

10.1073/pnas.94.6.2306

10.1038/nbt1175

10.1186/1471-2091-3-7

10.1038/nprot.2006.89

10.1042/bj20021796

Buytaert E, 2007, Biochim Biophys Acta, 1776, 86

10.1007/s10969-005-5247-5

10.1038/nbt1044

10.1038/nmeth932

10.1111/j.1468-3083.2006.01902.x

10.1073/pnas.082243699

10.1016/j.copbio.2009.01.003

Carroll L, 1865, Alice's Adventures in Wonderland

10.1016/S0149-7634(05)80127-7

10.1126/science.8303295

10.1073/pnas.0807551105

10.1073/pnas.93.16.8362

10.1002/jemt.20252

10.1016/j.bios.2009.06.008

10.1038/nbt778

10.1111/j.1600-0854.2006.00468.x

10.1074/jbc.M211988200

10.1016/j.tibtech.2005.10.005

10.1038/nprot.2007.291

10.2144/000112470

10.1038/nbt1025

10.1021/bi00056a003

10.1093/protein/12.12.1035

10.1016/0378-1119(95)00685-0

10.1016/S0968-0004(00)89099-4

10.1016/S0091-679X(08)61946-9

Culter MW , Ward WW. In:Bioluminescence and Chemiluminescence: Molecular Reporting with Photons, edited by , Hastings JW , Kriska LJ , Stanley PE. New York: Wiley, 1997, p. 403–406.

10.1016/j.jsb.2008.10.007

10.1002/jcp.20573

10.3354/meps07588

10.1038/nmeth1065

10.1529/biophysj.106.089789

10.2307/25066625

10.1117/1.2967184

10.1038/nmeth889

10.1073/pnas.0511078103

10.1126/science.2321027

Diaspro A, 2006, Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 1, 389, 10.1109/IEMBS.2006.259967

10.1371/journal.pone.0000440

10.1073/pnas.0405973101

10.1074/jbc.M312847200

10.1007/PL00006956

10.1021/jp8087379

Dufour P, 2006, Med Sci, 22, 837

10.1038/nature01389

10.1038/nature06614

10.1529/biophysj.107.112201

10.1016/0014-5793(95)00557-P

10.1093/bfgp/1.3.257

10.1038/sj.embor.7400787

10.1091/mbc.E09-04-0288

10.1016/j.bbrc.2007.12.101

10.2307/2412923

10.1038/nrm2531

10.1007/s00239-005-0129-9

10.1093/molbev/msp230

Förster T, 1948, Ann Physik, 55, 437

Forward RB, 1988, Oceanogr Mar Biol Annu Rev, 26, 361

10.1042/bj20021191

10.1002/gene.20139

10.1016/S0960-9822(02)01436-7

10.1074/jbc.M603741200

10.1038/nmeth720

10.1016/j.febslet.2008.07.045

10.1126/science.1067703

10.3389/neuro.16.014.2009

10.1021/ja016969k

10.1007/BF00731273

10.1038/nmeth.1415

10.1371/journal.pone.0001011

10.1016/S0003-2697(02)00514-6

10.1083/jcb.108.5.1657

10.1038/nmeth.1271

10.1529/biophysj.108.139204

10.1186/1472-6769-5-1

10.1016/j.conb.2004.08.002

10.1074/jbc.M102815200

10.1128/MCB.24.10.4294-4308.2004

10.1073/pnas.97.22.11990

10.1074/jbc.M407593200

10.1042/bj20021966

10.1186/1471-2091-2-6

10.1038/nbt1191

Gusev VE, 1993, Laser Optoacoustics

10.1046/j.1365-2818.1999.00576.x

10.1073/pnas.0500489102

10.1039/b516339k

10.1371/journal.pone.0003944

Haddock SHD, 2007, Integr Comp Biol, 1

10.1007/s002270050497

10.1098/rspb.2009.1774

10.1002/9780470725207.ch3

10.1146/annurev.cellbio.21.122303.133159

10.1074/jbc.M312846200

10.1021/bi026609p

10.1038/84443

10.1073/pnas.0804598105

10.1016/B978-0-12-656970-4.50054-3

10.1158/0008-5472.CAN-04-3571

Hazelwood KL, 2008, Proc SPIE, 6868, 68612

10.1074/jbc.M312751200

10.1038/373663b0

10.1073/pnas.91.26.12501

10.1016/S0960-9822(02)00450-5

10.1126/science.1137395

10.1016/j.conb.2004.08.015

10.1016/0030-4018(92)90185-T

10.1073/pnas.0700059104

10.1021/ja808851n

10.1073/pnas.0502250102

10.1073/pnas.97.2.716

Herring PJ, 1978, Bioluminescence in Action

10.1529/biophysj.106.091116

10.1073/pnas.0708066104

10.1016/S0076-6879(06)14027-6

10.1016/j.mcn.2005.08.011

10.1016/j.tibtech.2007.10.006

10.1007/s10585-008-9205-z

10.1038/nrc1717

10.1073/pnas.0506010102

10.1007/s00338-005-0063-8

10.1073/pnas.051631298

10.1002/dvg.20504

10.1006/jmbi.2001.4878

10.1038/89683

10.1016/S1097-2765(02)00496-3

10.1038/nbt816

10.1177/153303460500400308

10.1093/bioinformatics/17.8.754

10.1126/science.1100035

Ianushevich Iu G, 2003, Bioorg Khim, 29, 356

10.1107/S0907444903027100

10.1007/s10126-007-9005-5

10.1128/MCB.22.18.6582-6591.2002

10.1038/nmeth901

10.1016/j.cbpa.2006.08.021

10.1073/pnas.85.15.5454

10.1074/jbc.275.9.6047

Jerlov NG, 1976, Marine Optics

10.1529/biophysj.107.107128

10.1074/jbc.M109.019042

10.1002/jcp.1030600111

10.1038/nbt941

10.1016/0092-8674(84)90457-4

10.1016/S0960-9822(98)70156-3

10.1186/1754-6834-1-11

10.1371/journal.pbio.0050257

10.1042/BJ20040321

10.1074/jbc.M304063200

10.1247/csf.07011

10.1186/gb-2001-2-11-research0045

Kawaguti S, 1944, Palao Trop Biol Stn Stud, 2, 617

10.1021/ac040037s

10.1093/molbev/msg130

10.1016/S0091-679X(08)85019-4

10.1038/nrm1929

10.1073/pnas.95.4.1416

10.1021/bi800727v

10.1529/biophysj.104.055319

10.1073/pnas.2436461100

10.1016/j.conb.2003.09.002

10.1038/nmeth1007-767

10.1111/j.1600-0854.2005.00298.x

10.1016/S0006-3495(98)77870-1

10.1016/S1046-2023(03)00006-9

10.1007/s11103-009-9467-0

10.1038/nbt1207

10.1016/j.ymeth.2008.06.009

10.1073/pnas.192433499

10.1038/nsmb1320

10.1046/j.1365-2818.2000.00738.x

Koster AJ, 2003, Nat Rev Mol Cell Biol Suppl, SS6

10.1002/jcp.20546

Krasnovsky AA, 2007, Biochemistry, 72, 1065

10.1016/j.chembiol.2008.02.008

10.1371/journal.pone.0004391

10.1016/S0075-7535(08)00005-3

10.1021/bi0622874

10.1021/bi0516273

10.1038/nmeth.1319

10.1038/nmeth0608-472

10.1074/jbc.M411534200

10.1074/jbc.M608086200

10.1021/bi8023477

10.1074/jbc.M104341200

10.1093/emboj/20.19.5342

10.1073/pnas.062552299

10.1002/mrd.10146

10.1016/0092-8674(86)90883-4

10.1111/j.1600-0854.2008.00763.x

10.1016/S0014-5793(01)02462-0

10.1016/j.chemphys.2008.02.055

10.1074/jbc.273.52.34970

10.1016/S0021-9673(00)01100-6

10.1128/JVI.80.6.2705-2717.2006

10.1016/j.chembiol.2009.10.009

10.1093/nar/gkm618

Lippincott-Schwartz J, 2003, Nat Cell Biol Suppl, S7

10.1038/nature06293

10.1073/pnas.95.12.6803

10.1016/j.jmb.2007.09.078

10.1126/science.2643160

10.1038/nrm1741

10.1074/jbc.C000338200

10.1371/journal.pone.0002514

10.1247/csf.31.63

10.1006/bbrc.2001.4896

10.1021/ja046699g

10.1016/S1074-5521(99)80051-9

10.1529/biophysj.105.073536

10.1038/nmeth.1243

10.1038/90249

10.1007/978-1-59745-129-1_6

10.1073/pnas.0808882105

10.1007/BF00318560

10.1007/978-0-387-22628-6_18

10.1016/j.jsb.2006.12.012

10.1074/jbc.M306810200

10.1074/jbc.M100500200

10.1016/j.yexcr.2005.01.021

10.1016/j.gene.2005.11.031

10.1038/nmeth.1193

10.1038/13657

Matz MV, 2006, Green Fluorescent Protein: Properties, Applications and Protocols, 2

10.1562/2005-08-18-RA-653

10.1104/pp.105.071068

10.4319/lo.2003.48.1_part_2.0402

10.1021/bi026610o

10.1038/nmeth.1296

10.1016/j.coi.2004.05.018

10.1038/nbt1264

10.1111/j.1742-4658.2008.06461.x

10.1038/nmeth1062

10.1038/28190

10.1104/pp.103.038539

10.1021/bi702130s

10.2337/db09-0390

10.1016/S1534-5807(03)00060-1

10.1073/pnas.96.5.2135

10.1038/42264

10.1016/S0076-6879(00)27297-2

10.1016/S1097-2765(03)00393-9

10.1021/bi002263b

10.1038/35082594

10.1016/S0076-6879(09)05016-2

10.1128/JVI.78.14.7400-7409.2004

Morin JG, 1983, Bull Mar Sci, 33, 787

10.1002/jcp.1040770305

10.1021/bi00709a028

10.1038/nature03650

10.1371/journal.pone.0004555

10.1038/nbt0102-87

10.1016/j.bbrc.2004.04.147

10.1073/pnas.051636098

10.1073/pnas.0400417101

10.1038/73767

10.1038/84397

10.1006/dbio.2001.0353

10.1038/nbt1066

10.1562/2005-05-19-RA-533

10.1021/ja8046443

10.1073/pnas.0501874102

10.1107/S0907444903008837

10.1038/nature08119

10.1038/nmeth816

10.1152/physiol.00057.2005

10.1677/joe.1.06204

10.1242/jcs.02348

10.1110/ps.072845607

10.1021/ac0506837

10.1073/pnas.0503274102

10.1126/science.273.5280.1392

Ozawa T, 2007, Nat Methods, 4, 413, 10.1038/nmeth1030

10.1021/bi060207q

10.1021/bi700721x

10.1016/j.chembiol.2006.03.007

10.1073/pnas.0408030101

10.1098/rspb.2008.0335

10.1086/BBLv216n1p68

Partridge JC, 1990, Light and Life in the Sea, 167

10.1007/978-94-017-0619-3_9

10.1002/jemt.20284

10.1126/science.1074952

10.1016/j.ymeth.2003.10.006

10.1006/abio.2000.4708

10.1038/nbt1172

10.1023/A:1012514715338

10.1016/j.chembiol.2009.11.014

10.1074/jbc.M307896200

10.1038/35007077

10.1021/cb700247q

10.1016/j.tibs.2007.08.003

10.1016/0378-1119(95)00700-8

10.1074/jbc.M109.054973

10.1074/jbc.M800599200

Pletneva NV, 2007, Bioorg Khim, 33, 421

10.1016/0378-1119(92)90691-H

10.1016/S0969-2126(03)00028-5

10.1159/000123039

10.1016/S0091-679X(08)85012-1

10.1021/bi047644u

10.1117/1.3103338

10.1038/sj.emboj.7600341

10.1038/ncb772

10.1038/nphoton.2009.98

10.1021/bi970281w

10.1016/j.sbi.2006.10.001

10.1021/bi048383r

10.1038/nbt945

10.1016/S0960-9822(02)00451-7

10.1021/bi980857x

10.1083/jcb.135.6.1685

10.1016/S0006-3495(03)75133-9

10.1016/j.semcdb.2007.02.002

10.1021/bi0361315

10.1021/bi0503798

10.1002/1615-9861(200203)2:3<241::AID-PROT241>3.0.CO;2-7

10.1046/j.0953-816x.2001.01617.x

10.1016/j.cell.2007.12.033

10.1038/35048564

10.1016/S0006-3495(00)76468-X

10.1038/nature08090

10.1074/jbc.M212167200

10.1021/ac0006167

10.1002/gene.20196

10.1529/biophysj.104.054502

10.1007/s10126-007-9072-7

10.1002/cbic.200500012

10.1002/jemt.20443

10.1016/S0006-3495(97)78833-7

10.1073/pnas.0904140106

10.1093/molbev/msh079

10.1038/nbt1037

10.1038/nmeth.1209

10.1242/jcs.005801

10.1038/nmeth819

10.1038/nmeth1083

10.1042/BJ20081949

10.1186/1472-6750-9-24

10.1016/0014-5793(79)80818-2

10.1002/jcp.1030590302

Shkrob MA, 2008, Bioorg Khim, 34, 581

10.1042/BJ20051314

10.1073/pnas.0710517105

10.1126/science.1168683

10.1021/bi060773l

10.2144/000112036

10.1073/pnas.0705181105

10.1038/nprot.2008.157

10.1016/S0896-6273(00)80955-1

Siegel RM, 2000, Sci STKE, 2000, PL1, 10.1126/stke.2000.18.pe1

10.1021/bi047881x

10.1074/jbc.M412327200

10.1016/j.bbrc.2005.04.166

10.1016/S0962-8924(03)00150-8

10.1186/1472-6750-7-37

Souslova EA, 2007, Biochemistry, 72, 683

10.1002/jemt.20278

10.1152/physiol.00035.2006

10.1002/dvdy.21174

10.1126/science.1082160

10.1529/biophysj.108.130146

10.1042/BJ20061401

10.1038/nmeth.1264

Strack RL, J Am Chem Soc

10.1093/protein/gzm046

10.1038/nmeth.1298

10.1038/nchembio.138

10.1016/j.chembiol.2008.08.006

10.1016/j.chembiol.2010.03.005

10.1126/science.1110787

10.1073/pnas.0906464106

10.1016/j.cub.2008.07.077

10.1083/jcb.200207111

10.1073/pnas.0509378103

10.1126/science.290.5496.1585

10.1007/s00249-008-0317-9

10.1111/j.1365-2818.2008.01951.x

10.1038/nmeth.1398

10.1073/pnas.211564598

10.1038/nmeth.1317

10.1073/pnas.0802278105

10.1038/nbt914

10.1021/ja071992c

10.1038/nsb728

10.1146/annurev.biochem.67.1.509

10.1038/nmeth.1235

10.1038/sj.embor.7400361

10.1242/jcs.00293

10.1117/1.2953528

10.1038/nmeth.1321

10.1093/embo-reports/kvd050

10.1126/science.1099597

Valencia-Burton M, 2007, Nat Methods, 4, 421, 10.1038/nmeth1023

10.1038/nmeth1105-801

10.1371/journal.pone.0001916

Van Munster EB, 2005, Adv Biochem Eng Biotechnol, 95, 143

10.1016/S0006-3495(04)74307-6

10.1038/nsb739

10.1016/j.cbpa.2008.01.020

10.1016/j.chembiol.2004.04.007

10.1021/bi034555t

10.1038/nbt943

10.1016/j.chembiol.2005.01.005

10.1111/j.1751-1097.2007.00166.x

10.1073/pnas.0807387105

10.1038/sj.embor.7400801

10.1002/cbic.200700109

10.1083/jcb.200302125

10.1021/ja903695n

Vogel SS, 2006, Sci STKE, 2006, re2, 10.1126/stke.3312006re2

10.1002/yea.1611

10.1111/j.1365-313X.2008.03612.x

10.1016/S0969-2126(98)00127-0

10.1016/S0960-9822(99)80408-4

10.1038/81992

10.1038/nmeth.1242

10.1152/physiolgenomics.00300.2007

10.1073/pnas.0407752101

10.1038/nprot.2006.243

10.1038/369400a0

10.1038/nbt839

Ward WW.Green Fluorescent Protein: Properties, Applications, and Protocols(2nd ed.), edited by , Chalfie M , Kain SR. New York: Wiley-Interscience, 2006, p. 39–65.

10.1021/bi00262a003

10.1021/j100561a030

10.1016/0092-8674(95)90435-2

10.1073/pnas.97.26.14091

10.1007/s10126-004-3006-4

10.1073/pnas.0403668101

10.1586/14789450.3.3.361

10.1073/pnas.182157199

10.1117/1.1854680

Willem M, 2002, Development, 129, 2711, 10.1242/dev.129.11.2711

10.1016/j.jmb.2006.04.002

10.1074/jbc.C400484200

10.1016/j.jmb.2005.03.020

10.1016/j.jmb.2006.08.089

10.1523/JNEUROSCI.23-08-03112.2003

10.1152/physiolgenomics.00254.2005

10.1002/cyto.a.20300

10.4161/cc.5.7.2630

10.1251/bpo119

10.1093/nar/26.8.2034

10.1021/bi900719x

10.1016/j.bioorg.2007.12.003

10.1021/bi0476432

10.1073/pnas.97.3.1206

10.1093/nar/24.22.4592

10.1074/jbc.273.14.8212

10.1016/S0014-5793(01)03263-X

10.1073/pnas.98.2.462

10.1095/biolreprod.107.065185

10.1016/j.conb.2004.08.007

10.1126/science.1119623

10.1038/nbt937

10.1007/s00216-003-2065-0

10.1038/71345

10.1126/science.1068539

10.1021/bi0488247

10.1021/bi036059a

10.1074/jbc.M807510200

10.1111/j.1365-313X.2006.02674.x

10.1186/1472-6750-3-5

10.1038/nrm976

10.1073/pnas.211566798

10.2144/000112453

10.1016/j.cell.2004.09.012

10.1016/S0014-5793(02)03508-1