Directed protein evolution provides a series of fluorescent protein-based indicators for multicolor Ca2 + imaging.

Caspase-11 detection of intracellular lipopolysaccharide (LPS) from invasive Gram-negative bacteria mediates noncanonical activation of the NLRP3 inflammasome. While avirulent bacteria do not invade the cytosol, their presence in tissues necessitates clearance and immune system mobilization. Despite sharing LPS, only live avirulent Gram-negative bacteria activate the NLRP3 inflammasome. Here, we found that bacterial mRNA, which signals bacterial viability, was required alongside LPS for noncanonical activation of the NLRP3 inflammasome in macrophages. Concurrent detection of bacterial RNA by NLRP3 and binding of LPS by pro-caspase-11 mediated a pro-caspase-11–NLRP3 interaction before caspase-11 activation and inflammasome assembly. LPS binding to pro-caspase-11 augmented bacterial mRNA-dependent assembly of the NLRP3 inflammasome, while bacterial viability and an assembled NLRP3 inflammasome were necessary for activation of LPS-bound pro-caspase-11. Thus, the pro-caspase-11–NLRP3 interaction nucleated a scaffold for their interdependent activation explaining their functional reciprocal exclusivity. Our findings inform new vaccine adjuvant combinations and sepsis therapy. Blander and colleagues show that concurrent detection of LPS and bacterial RNA triggers the interaction of procaspase-11 with NLRP3, upstream of the activation of either receptor and before NLRP3–ASC oligomerization.

Abstract Genetically encoded calcium ion (Ca 2+ ) indicators (GECIs) are widely-used molecular tools for functional imaging of Ca 2+ dynamics and neuronal activities on a single cell level. Here we report the design and development of two new far-red fluorescent GECIs, FR-GECO1a and FR-GECO1c, based on the monomeric far-red fluorescent protein mKelly. We characterized these far-red GECIs as purified proteins and assessed their performance when expressed in cultured neurons. FR-GECOs have excitation and emission maxima at ~ 596 nm and ~ 644 nm, respectively, display large responses to Ca 2+ (Δ F / F 0 = 6 for FR-GECO1a, 18 for FR-GECO1c), and are bright under both one-photon and two-photon illumination. FR-GECOs also have high affinities (apparent K d = 29 nM for FR-GECO1a, 83 nM for FR-GECO1c) for Ca 2+ , and they enable sensitive and fast detection of single action potentials in neurons.

Genetically encoded Ca2+ indicators (GECIs) are widely used to illuminate dynamic Ca2+ signaling activity in living cells and tissues. Various fluorescence colors of GECIs are available, including red. Red GECIs are promising because longer wavelengths of light scatter less in tissue, making it possible to image deeper. They are engineered from a circularly permuted red fluorescent protein fused to a Ca2+ sensing domain, calmodulin and a calmodulin-binding peptide. A conformational change in the sensing domain upon binding Ca2+ causes a change in the fluorescence intensity of the fluorescent protein. Three factors could contribute to this change in fluorescence: 1) a shift in the protonation state of the chromophore, 2) a change in fluorescence quantum yield, and 3) a change in the extinction coefficient for one-photon excitation or the two-photon cross section for two-photon excitation. We conducted a systematic study of the photophysical properties of a select cohort of red GECIs in their Ca2+-free and Ca2+-saturated states to determine which factors are most important for the Ca2+-dependent change in fluorescence. In total, we analyzed nine red GECIs, including jRGECO1a, K-GECO1, jRCaMP1a, R-GECO1, R-GECO1.2, CAR-GECO1, O-GECO1, REX-GECO1, and a new variant termed jREX-GECO1. We found that these red GECIs could be separated into three classes that each rely on a particular set of factors. Furthermore, in some cases the magnitude of the change in fluorescence was different depending on one-photon excitation or two-photon excitation by up to a factor of two.

Abstract Background Culex tritaeniorhynchus is widely distributed in China, from Hainan Island in the south to Heilongjiang in the north, covering tropical, subtropical, and temperate climate zones. Culex tritaeniorhynchus carries 19 types of arboviruses. It is the main vector of the Japanese encephalitis virus (JEV), posing a serious threat to human health. Understanding the effects of environmental factors on Culex tritaeniorhynchus can provide important insights into its population structure or isolation patterns, which is currently unclear. Results In total, 138 COI haplotypes were detected in the 552 amplified sequences, and the haplotype diversity ( Hd ) value increased from temperate (0.534) to tropical (0.979) regions. The haplotype phylogeny analysis revealed that the haplotypes were divided into two high-support evolutionary branches. Temperate populations were predominantly distributed in evolutionary branch II, showing some genetic isolation from tropical/subtropical populations and less gene flow between groups. The neutral test results of HNQH (Qionghai) and HNHK(Haikou) populations were negative ( P < 0.05), indicating many low-frequency mutations in the populations and that the populations might be in the process of expansion. Moreover, Wolbachia infection was detected only in SDJN (Jining) (2.24%), and all Wolbachia genotypes belonged to supergroup B. To understand the influence of environmental factors on mosquito-borne viruses, we examined the prevalence of Culex tritaeniorhynchus infection in three ecological environments in Shandong Province. We discovered that the incidence of JEV infection was notably greater in Culex tritaeniorhynchus from lotus ponds compared to those from irrigation canal regions. In this study, the overall JEV infection rate was 15.27 per 1000, suggesting the current risk of Japanese encephalitis outbreaks in Shandong Province. Conclusions Tropical and subtropical populations of Culex tritaeniorhynchus showed higher genetic diversity and those climatic conditions provide great advantages for the establishment and expansion of Culex tritaeniorhynchus. There are differences in JEV infection rates in wild populations of Culex tritaeniorhynchus under different ecological conditions. Our results suggest a complex interplay of genetic differentiation, population structure, and environmental factors in shaping the dynamics of Culex tritaeniorhynchus . The low prevalence of Wolbachia in wild populations may reflect the recent presence of Wolbachia invasion in Culex tritaeniorhynchus .