環磷酸腺苷(cAMP)是一種胞內信使分子，負責包括神經元在內的許多細胞的功能，促進軸突的生長，維持神經元間的通信。cAMP的分子途徑已得到充分研究，已知它在調節突觸功能中發揮重要作用;然而，能夠精確監測其細胞內活動的指標還有待開發。
現在,Naoto Saitoh帶領的研究團隊通過開發一種新型綠色熒光cAMP指示器gCarvi解決了這個問題。它們的指標可以很容易地用腺相關病毒載體表達，并能夠定量測量cAMP的基礎濃度(稱為[cAMP])。我)在神經元細胞內。“我們的新指標，gCarvi，監測[cAMP]我在0.2 ~ 20 μM的濃度范圍內，具有亞秒級的時間分辨率，比cGMP具有更高的特異性。它的亮度足以監測單細胞甚至單個突觸前鈕扣中的cAMP動力學。”齋藤博士解釋道，他是這項研究的通訊作者。這篇論文于2022年7月6日在線公開。
一個理想的cAMP指標必須跨越整個細胞內cAMP濃度范圍，對cAMP表現出比其他核苷酸(如環鳥苷一磷酸(cGMP))更高的特異性，cGMP也負責突觸調節，不干擾內源性cAMP途徑的生理功能，并能夠穩定的細胞內成像。在哺乳動物中，現有的大多數cAMP指標都包含cAMP結合域(CBD)的調控亞基。然而，這些亞基是內源性分子，使用它們可能會破壞cAMP通路的生理功能。gCarvi克服了這個問題，因為它含有一種細菌cAMP受體蛋白的CBD，不干擾哺乳動物細胞中的cAMP通路。
研究人員將細菌CBD與一個環狀排列的綠色熒光蛋白(cpGFP)融合，cpGFP通過與之結合時發出的熒光強度的相應變化來檢測cAMP濃度。此外，gCarvi被發現可以彌補現有cAMP指標在阻止cGMP檢測方面的另一個缺陷，其表現出>100的高cAMP/cGMP特異性，但與cGMP的親和力較低。
研究組將gCarvi與紅色熒光蛋白mCherry融合，開發出了能夠檢測不同濃度cAMP的比率探針。該探針在海馬神經元中表達，以監測[cAMP]的變化。我 作為概念的證明。 同樣，gCarvi與紅色熒光鈣離子(Ca2 +)指示器檢測cAMP和Ca2 +兩者都在神經元調節中發揮作用。
同時檢測cAMP/Ca2 +發現cAMP和Ca之間有很強的聯系2 +信號。福斯柯林是一種能提高cAMP水平的化合物，經福斯柯林和磷酸二酯酶(PDE)抑制劑處理后，在這些神經元中觀察到細胞內cAMP增加超過一定閾值，從而導致Ca2 +海拔高度。類似地，在小腦突觸前扣中，forskolin被用來誘導不規則的cAMP升高，這表明突觸小泡循環的數量正增加。這表明在單個鈕扣中存在突觸前cAMP域，它通過劃分信號通路來避免串擾來提高突觸強度。
談到這種新指標的未來應用，齋藤博士說”gCarvi可以精確地檢測到cAMP信號在大腦中的降解時間，這導致了神經退行性疾病，如阿爾茨海默病。在活體神經元成像中，carvi可以作為一種篩選工具來監測針對此類情況的藥物的結果。此外，熒光探針有助于探測細胞中不可見的分子動力學;因此，gCarvi cAMP指標提供了關于神經元交談的寶貴知識。”