[麥東倈] 在植物中表現並測試ArcLight—一個用於神經科學研究的電位指標

背景

細胞及細胞層級以上的電位控制行動漸漸受到重視,這些受電位控制的反應影響發育,也參與在觸動對環境的快速反應。近期神經科學家們開始著手建立了一個方法,希望能以非侵入性的光學影像觀察細胞膜電位活性,這個方法是建立在一個遺傳工程建造的螢光蛋白,它帶有可以感受電位改變的區塊,在電位改變時螢光強度會改變,因此可以用來作為遺傳工程電位指標(genetically-encoded voltage indicators, GEVIs)。其中一個大家熟知的GEVI叫作ArcLight,它已被證實在動物細胞中能夠對電位的改變作出反應。ArcLight的組成是一個能夠隨著酸鹼值改變強度的螢光蛋白[super-ecliptic (SE) pHluorin (pH-sensitive fluorescent protein)],加上海鞘磷酸水解酶(voltage-sensing phosphatase of Ciona intestinalis, Ci-VSD)中對電位會產生反應的區塊,不過這個螢光蛋在第227個胺基酸已由丙胺酸(alanine)突變成天門冬胺酸(aspartate),性質上也從酸鹼值的感知變成了電位感知。在這篇文章中描述了在植物中表現ArcLight以及它的衍生物,測試它們在根的兩種膜系統上的反應。

 

結果

ArcLight或ArcLight的衍生物分別被設計表現在阿拉伯芥根的細胞膜或是核膜上,然後轉殖到阿拉伯芥中。外加胞外三磷酸腺苷(extracellular ATP, eATP)後,再藉由螢光顯微鏡觀察轉殖植物根上的螢光強度。在eATP的處理之下,ArcLight及其衍生物的螢光強度皆下降,不論是在細胞膜或是核膜都有類似的情形,並且在沒有Ci-VSD的區塊的蛋白也有同樣的狀況,這表示了在植物中氫離子貢獻了大部份的電性活動,ArcLight反映的主要是來自酸鹼值的改變----如同它的骨架SEpHluorin。處了了eATP之後發生的螢光強度下降應是緣自於酸鹼值的改變,而不是膜電位的改變。

 

結論

在植物中,ArcLight的酸鹼值感測能力阻礙了它的膜電位感知能力。不過將ArcLight或其衍生物表現在膜系統上或許可以成為一個良好的螢光酸鹼值監測工具,幫助植物活體中觀察在各種訊息傳遞路徑之下膜系的酸鹼值改變。(Matzke and Matzke, 2015 , BMC Plant Biology)