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Rho GTPases包括RhoA、Rac1和Cdc42等,作为分子开关,接受胞外刺激信号后,从联结GDP的失活状态,转为联结GTP的激活状态,与其下游效应分子相互作用,启动一系列胞内信号转导通路,从而调节细胞形态、迁移,细胞生长、增殖,细胞凋亡,转录激活等许多重要的生理过程,可直接影响某些疾病的产生,如肿瘤的发生,转移等。FRET对于荧光基团的相对距离(小于10nm)和空间取向高度敏感,通过FRET效率的测量,观察生物大分子间相互作用的改变情况,从而研究其构象变化与相互作用。更重要的是,采用这种技术,无需破碎细胞或对细胞造成损伤,可在活细胞生理条件下,实时、定量地对细胞内蛋白-蛋白间,如配基与受体,信号分子与效应分子的相互作用进行动态研究。
本文以PCR方法从人脑cDNA基因文库内扩增了Rac1、Cdc42cDNA基因全序列,及其效应蛋白基因Pak1、N-WASP的GTP酶联结区域(GBD)序列,从dsRedl-N1质粒中扩增dsRed1红色荧光蛋白全基因序列。将上述基因定向克隆至pECFP-N1质粒载体,获得包含dsRed1,Pak1或N-WASP的GBD,Rac1或Cdc42,ECFP的基于FRET原理的胞质表达单分子探针,在此基础上,在dsRed1的C末端加入一段CAAM法尼基化基序,构建包含EGFP,Pak1的GBD,Rac或Cdc42,dsRed1-CAAM的质膜特异表达的单分子探针。离体荧光光谱检测表明,在转染动物细胞中产生了FRET现象。诱导5min的活细胞中,FRET效率最高。随着诱导时间的延长,FRET效率缓慢下降。采用这两种探针,可用于监测活细胞中诱导激活Rac1、Cdc42信号转导通路的3D时空图像以加深对Rho GTPases信号传导过程的理解,建立细胞内信号传导过程,与细胞形态学变化之间的联系,以及检测待测蛋白分子的GEF或GAP活性。