Fluorescent indicators for Ca2+based on green fluorescent proteins and calmodulin

钙调蛋白 绿色荧光蛋白 荧光 荧光蛋白 生物物理学 化学 生物 生物化学 基因 光学 物理
作者
Atsushi Miyawaki,Juan Llopis,Roger Heim,J. Michael McCaffery,Joseph A. Adams,Mitsuhiko Ikura,Roger Y. Tsien
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:388 (6645): 882-887 被引量:3231
标识
DOI:10.1038/42264
摘要

Important Ca2+ signals in the cytosol and organelles are often extremely localized and hard to measure. To overcome this problem we have constructed new fluorescent indicators for Ca2+ that are genetically encoded without cofactors and are targetable to specific intracellular locations. We have dubbed these fluorescent indicators 'cameleons'. They consist of tandem fusions of a blue- or cyan-emitting mutant of the green fluorescent protein (GFP), calmodulin, the calmodulin-binding peptide M13, and an enhanced green- or yellow-emitting GFP. Binding of Ca2+ makes calmodulin wrap around the M13 domain, increasing the fluorescence resonance energy transfer (FRET) between the flanking GFPs. Calmodulin mutations can tune the Ca2+ affinities to measure free Ca2+ concentrations in the range 10(-8) to 10(-2) M. We have visualized free Ca2+ dynamics in the cytosol, nucleus and endoplasmic reticulum of single HeLa cells transfected with complementary DNAs encoding chimaeras bearing appropriate localization signals. Ca2+ concentration in the endoplasmic reticulum of individual cells ranged from 60 to 400 microM at rest, and 1 to 50 microM after Ca2+ mobilization. FRET is also an indicator of the reversible intermolecular association of cyan-GFP-labelled calmodulin with yellow-GFP-labelled M13. Thus FRET between GFP mutants can monitor localized Ca2+ signals and protein heterodimerization in individual live cells.
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