Excited-state structural dynamics of a dual-emission calmodulin-green fluorescent protein sensor for calcium ion imaging
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Notice bibliographique
Résumé
Fluorescent proteins (FPs) have played a pivotal role in bioimaging and advancing biomedicine. The versatile fluorescence from engineered, genetically encodable FP variants greatly enhances cellular imaging capabilities, which are dictated by excited-state structural dynamics of the embedded chromophore inside the protein pocket. Visualization of the molecular choreography of the photoexcited chromophore requires a spectroscopic technique capable of resolving atomic motions on the intrinsic timescale of femtosecond to picosecond. We use femtosecond stimulated Raman spectroscopy to study the excited-state conformational dynamics of a recently developed FP-calmodulin biosensor, GEM-GECO1, for calcium ion (Ca(2+)) sensing. This study reveals that, in the absence of Ca(2+), the dominant skeletal motion is a ∼ 170 cm(-1) phenol-ring in-plane rocking that facilitates excited-state proton transfer (ESPT) with a time constant of ∼ 30 ps (6 times slower than wild-type GFP) to reach the green fluorescent state. The functional relevance of the motion is corroborated by molecular dynamics simulations. Upon Ca(2+) binding, this in-plane rocking motion diminishes, and blue emission from a trapped photoexcited neutral chromophore dominates because ESPT is inhibited. Fluorescence properties of site-specific protein mutants lend further support to functional roles of key residues including proline 377 in modulating the H-bonding network and fluorescence outcome. These crucial structural dynamics insights will aid rational design in bioengineering to generate versatile, robust, and more sensitive optical sensors to detect Ca(2+) in physiologically relevant environments.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle