【北大成果】一种基于G蛋白偶联受体构建的融合多肽

神经递质作为神经元与神经元及神经元与细胞之间沟通的媒介分子，介导了发育、信息感知，运动及大脑的高级认知功能。随着生化分离纯化技术的发展以及人们对大脑精细结构的进一步了解，现如今已发现有几十种重要的神经递质。而神经系统在时间和空间上的高度复杂性对研究特定神经递质的动态变化及其功能提出了极大的挑战。本项目成功构建了一系列新型的基因编码的神经递质荧光探针，可实现对特定神经递质动态变化的灵敏检测。该类荧光探针利用大多数已知的神经递质所对应的特异性G蛋白偶联受体（GPCR）与循环重排的荧光蛋白（cpGFP）融合，利用循环重排荧光蛋白的荧光强度变化来指示GPCR的激活，进而反应外源神经递质的浓度变化（图一）。我们命名该类荧光探针为GRAB探针，即为GPCR Activation Based Sensor的缩写。

本项目可实现对多种神经递质灵敏地动态检测，研究成果可广泛拓展于所有基于G蛋白偶联受体传递信号的神经递质或调质的荧光探针的开发，可进一步应用于在体复杂的神经系统中（如果蝇、斑马鱼及小鼠等），精确地解析不同行为条件下特定神经递质的时空分布以及动态变化。通过与光遗传学或化学遗传学等手段结合，可实现对于特定神经元的功能干预和神经递质信号检测，从而明确阐述特定神经递质和行为功能的逻辑关系。GRAB 探针不仅可以实现对生理情况下特定神经递质的实时监测，还可以与特定的疾病模型相结合，监测病理情况下神经递质的变化，为疾病治疗提供指导。同时基于不同GPCR开发的GRAB 探针具有受体的特异性，可以用于筛选具有更高特异性靶标的新药，为新药的研发提供一种更加便捷、低成本且高效的筛选方法。

项目团队将荧光蛋白与特异性的人源神经递质受体巧妙地进行分子水平的融合和改造，在国际上首次开发出新型可遗传编码的乙酰胆碱（Nature Biotechnology, 2018）和多巴胺（Cell, 2018）荧光探针，具有高灵敏度、分子特异性、精确的时空分辨率和亚秒级响应速度等特点，可以在活体果蝇、斑马鱼、班马雀（Nature, 2018）及清醒小鼠的大脑中，灵敏地检测在嗅觉或视觉刺激、学习记忆或交配行为中相关神经递质的变化（如图二）。

此外，该项目团队正在积极拓展开发更多新的神经递质和调质的荧光探针，目前已在去甲肾上腺素、五羟色胺、腺苷、ATP和神经肽的探针开发工作中取得了重要进展，这将为研究大脑的功能提供重要的工具。

项目团队着眼国际前沿，解决长久以来困扰科学家的一个技术难题，相关工作发表在Nature Biotechnology、Cell、Nature等国际著名期刊上，同时在与药厂合作开展新药的研发工作，并申请国内及国际专利。

技术许可、技术入股、合作开发。