Epac 系 cAMP 感測器(Epac-based cAMP sensor)
是什麼
一種用基因工程讓神經元自己製造、會隨 cAMP 濃度改變螢光顏色比例的蛋白質。cAMP(環腺苷酸)是細胞內的「第二傳訊者」:多巴胺受體被活化後,細胞內的 cAMP 會升高,再啟動下游的改變(見 c-camp-signaling)。有了這個感測器,就能在顯微鏡下看到 e-kenyon-cell 軸突裡 cAMP 的起落。
原理:FRET。 感測器兩端各接一個螢光蛋白,青色(CFP)與黃色(YFP),中間夾一段會抓 cAMP 的片段。兩者靠得近時,CFP 吸收的能量轉給 YFP(螢光共振能量轉移,Förster resonance energy transfer, FRET),黃光多、青光少;cAMP 結合後兩者分開,青光相對黃光上升。所以讀數是 CFP/YFP 的比值變化,寫成 ΔR/R0 或 ΔR/R(比值相對基線變化了多少)。
版本與規模
| 來源 | 論文中的名稱 | 出處 | 版本關係 |
|---|---|---|---|
| Tomchik 2009 | Epac1-camps(UAS-epac1-camps) | 引 Nikolaev et al. 2004(原始感測器)與 Shafer et al. 2008(已用於果蠅);致謝中說果蠅品系由 Paul Taghert 提供 | 明說 |
| Handler 2019 | UAS-EPAC(cAMP) | 試劑表的來源欄寫 Shafer et al. 2008 | 是不是 Epac1-camps,論文沒有明說 |
※ 推論:Handler 2019 的 UAS-EPAC 很可能就是 Epac1-camps,或至少是同一來源的品系。依據:兩篇都把它的出處引到 Shafer et al. 2008,而 Tomchik 的品系提供者 Taghert 也是 Shafer 2008 的作者之一。不確定之處:同一篇文獻可能做了不止一種品系或插入位置,Handler 沒寫感測器全名:?待查。
庫內誰用了它
| 來源 | 表現在哪裡(驅動品系) | 成像方式 | 讀法 | 用它算出什麼 |
|---|---|---|---|---|
| s-tomchik-2009-camp-dynamics | KC:238Y、c739(這一組同時改用另一個感測器轉基因品系,插在第 3 號染色體,用來排除插入位置造成的假象)、c305a、1471;另有 DPM 神經元(c316)、投射神經元(GH146) | 離體腦,共軛焦顯微鏡 | 「反 FRET 比」(CFP 放分子、YFP 放分母,cAMP 升高時比值上升)的變化 ΔR/R0,以百分比表示 | 多巴胺、章魚胺(昆蟲腦中類似腎上腺素的物質)的劑量反應;乙醯膽鹼與多巴胺配對時的協同(配對比兩者單獨相加還大)及其時間窗 |
| s-handler-2019-dopamine-receptor-timing | KC:OK107-Gal4;在 γ4/γ5 區室量軸突 | 離體腦,雙光子,激發波長 850 nm(其他感測器用 920 nm) | DAN 活化後 4 s 內的 CFP/YFP 比平均,除以刺激前 2–4 s 的比值,寫成 ΔR/R(小數) | 不同時間差(ISI)下的 cAMP;DopR1、DopR2 突變後 cAMP 的變化 |
Tomchik 2009 的驗證:用 forskolin(直接活化製造 cAMP 的酵素)確認感測器有濃度依賴的反應,最高可達約 40%(從圖判讀,見 numbers),而多巴胺即使加到最高劑量(10 mM),ΔR/R0 也只升到約 12%(見 numbers),可見多巴胺停在約 12% 不是感測器到頂;若 YFP 自己因褪色等原因變暗,CFP/YFP 比值也會上升、像是 cAMP 升高;作者用 514 nm 的光只激發 YFP,看到 YFP 沒有變暗,排除了這種假訊號;另一種結構相近的訊號分子 cGMP 也可能讓感測器反應,這項干擾的檢查在補充圖 2:?待查。Handler 2019 的正文與方法沒有提到這類驗證(已搜 forskolin、validat、bleach;補充圖未取得,裡面有沒有:?待查),作者在討論中自陳感測器的靈敏度與動態範圍有限。
2015–2018 新收的五篇(Cohn、Ichinose、Aso、Felsenberg 2017、2018)都沒有用 cAMP 感測器(全文 grep epac 無結果)。
已知的問題
- 兩篇的 cAMP 結論不同,本頁不裁決。 Tomchik:只有乙醯膽鹼在前、多巴胺在後才出現協同,倒過來沒有。Handler:順向、逆向都產生 cAMP,同時發生最多,因此 cAMP「分不出先後」。見 syn-contradictions 1.2 與 c-coincidence-detection。
- 數值不能跨篇比較。 Tomchik 以百分比、共軛焦、浴灌或噴藥;Handler 以小數、雙光子、離子導入與 P2X2 活化 DAN;讀取的時間窗也不同。同一篇裡,Tomchik 也提醒不同驅動品系的表現量不同,跨品系比絕對幅度只能當參考。
- Tomchik 的「協同」靠的是「配對 vs 單獨相加」,Handler 沒有做這個比較,只比不同時間差下的 cAMP 大小。兩篇對「同時性偵測」的操作定義不同。
相關
- 概念:c-camp-signaling、c-coincidence-detection、c-cs-us-timing
- 細胞:e-kenyon-cell;其他感測器:e-gcamp
- 主題:t-dopamine-to-plasticity、t-timing-rules;矛盾:syn-contradictions
- 來源:s-tomchik-2009-camp-dynamics、s-handler-2019-dopamine-receptor-timing
cAMP 訊號(cAMP signaling) 巧合偵測(coincidence detection) 離體全腦製備(ex vivo brain explant) c739-GAL4 驅動品系(c739-GAL4) GCaMP 系鈣感測器(GCaMP calcium indicators) Kenyon 細胞(Kenyon cell, KC) 索引 Handler 2019 · dopamine receptor timing Tomchik 2009 · camp dynamics 從多巴胺到突觸改變:KC 軸突怎麼讀出增強訊號 先後與間隔:氣味和多巴胺的時序如何決定學到什麼