Calcium is a second messenger that plays a key role in various cellular processes. Monitoring calcium levels is a prerequisite to their understanding. The first calcium indicators for microscopy were the luminescent protein aequorin and chemical probes. These indicators, however, have serious drawbacks, limiting their use in many types of experiments. Cloning of cDNA for the A. victoria GFP and creation of its first spectral variants has initiated the development of fluorescent, genetically encoded calcium indicators (GECI). They are composed of a fluorescent protein and a calcium-binding protein, usually calmodulin. The binding of calcium to the sensory domain of the indicator affects the fluorescent properties of the chromophore, which enables recording of calcium signals as fluorescent light. GECIs have many advantages and are essential for conducting long-term experiments in vivo. This article gives an overview of the currently available GECIs, the history of their development, applications and microscopic imaging systems.
Jony wapnia są wtórnym przekaźnikiem odgrywającym kluczową rolę w różnych procesach komórkowych. Monitorowanie poziomu jonów wapnia jest niezbędne do zrozumienia tych procesów. Pierwszymi sondami pozwalającymi na mikroskopowe pomiary stężeń jonów wapnia było luminescencyjne białko akworyna oraz sondy chemiczne. Te sondy mają jednak wady ograniczające ich skuteczne zastosowanie w wielu typach eksperymentów. Poznanie sekwencji białka zielonej fluorescencji pochodzącego z meduzy A. victoria i stworzenie jego pierwszych spektralnych wariantów metodami inżynierii genetycznej zainicjowało rozwój genetycznie kodowanych, fluorescencyjnych sond wapniowych. Powstały one z połączenia białka fluorescencyjnego z białkiem wiążącym jony wapnia, najczęściej kalmoduliną. Związanie jonów wapnia przez domenę sensoryczną sondy wpływa na właściwości fluorescencyjne chromoforu, co umożliwia rejestrację sygnałów wapniowych w postaci światła fluorescencji. Sondy tego typu mają wiele zalet i są nieodzowne w prowadzeniu długotrwałych eksperymentów in vivo. Niniejszy artykuł daje przegląd dostępnych obecnie genetycznie kodowanych sond wapniowych, historii ich rozwoju, zastosowań, a także mikroskopowych systemów obrazowania.
Keywords: GCaMP; aequorin; calcium; cameleon; genetically encoded calcium indicators; neuron.