分享一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章：Monitoring in real time and far-red imaging of H2O2 dynamics with subcellular resolution，通讯作者是来自华盛顿大学的Andre Berndt教授，该课题组致力于开发用于实时检测生化信号的荧光生物传感器。

氧化应激是许多疾病进程的关键因素之一，而过氧化氢（H2O2）作为哺乳动物生物学中的关键氧化剂以及生理水平上的多效性信号分子，在细胞氧化还原调控中起着重要作用。细胞内H2O2的水平通常受到严格的调控，其过度积累常常与细胞还原能力下降一起成为常见的病理标志。为了更好地理解H2O2在氧化还原生物学中的作用，能够实时监测H2O2与关键生物相互作用分子的动态变化至关重要。

在这项研究中，作者将细菌OxyR H2O2传感器与基于罗丹明-HaloTag的化学报告系统结合起来，开发了一种远红外H2O2传感器，命名为带有Janelia Fluorophore 635 的 HaloTag 光遗传过氧化氢传感器（JF635；oROS-HT635）。

首先，作者考虑报告基团的插入位置，根据从实验解析的结构和计算模型中获得的结构信息，开发了一种合理的工程化策略。该策略旨在保持衍生传感器中驱动传感结构域（ecOxyR-LBD）的灵活性。简而言之，ecOxyR包含一个疏水袋，它是H2O2相互作用的活性中心，其中H2O2与相邻残基形成氢键网络，使残基C199和C208靠近，形成二硫桥。通过分析ecOxyR-LBD结构的B因子，作者观察到在199-208区域有一个明显的高柔性峰。作者推断，要使OxyR被H2O2有效激活，就必须保持这种灵活性。因此，在C199和C208之间插入一个笨重的荧光报告基团可能会导致 OxyR 激活速度减慢，因此作者后续考虑该区域之外的其他位点。

于是作者尝试将cpHaloTag插入ecOxyR中C199-C208环外的多个位置后，与插入205-206的传感器相比，ecOxyR对300 µM H2O2的响应速度加快。通过结构分析，作者确定了213-214是最优的JF635插入位置。进一步地，作者通过域间连接体残基的随机突变（XX-cpHaloTag-X，其中X表示突变目标），发现了一个变体（TG-cpHaloTag-R）的静态亮度增加了8.9倍，动态范围增加了27%，命名为oROS-HT635。

作为概念验证，作者还研究了抗炎剂auranofin对HEK293细胞中H2O2水平的急性影响，以及细胞氧化还原电位或人诱导多能干细胞衍生心肌细胞（hiPS 细胞-CMs）中Ca2+水平的变化，证明了该传感器的功能。最后，作者还介绍了可视化特定位点H2O2生成以及从线粒体和外质膜向内质膜、邻近细胞扩散的验证。

综上所述，本文作者开发了oROS-HT635 传感器，为在生理和病理条件下研究H2O2的作用提供了一个重要的工具，有助于深入理解细胞氧化还原调控的机制以及H2O2在细胞生理过程和疾病发生发展中的作用。

本文作者：MB

责任编辑：LZ

DOI：10.1038/s41589-025-01891-7

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-01891-7