镧系金属离子自发现以来,由于其具有很长的荧光寿命(ms级别),荧光光谱具有很大的stokes位移(>200nm)以及荧光没有极性,使得镧系金属离子作为荧光探针广泛使用。镧系金属结合标签(Lanthanide Binding Tag, LBT)起源于钙调蛋白,钙调蛋白具有EF-hand结构,能够特异性地结合钙离子,而钙离子与镧系金属离子的原子半径和物理性质很相似,使得镧系金属离子可以替代钙离子与钙调蛋白相结合,但是结合强度不高,荧光量子产率也不理想。基于与钙离子结合的EF-hand结构模式,Imperiali实验室经过一系列筛选和改进,设计了一段小肽,提高了小肽与镧系金属离子的结合能力(KD-nM),并在合适的位置引入色氨酸增加荧光量子产率,设计了镧系金属离子结合标签(LBT)。镧系金属离子结合标签(LBT)是一段由15-20个氨基酸构成的小肽,能够特异性地结合镧系金属离子。可连接在蛋白质的碳端、氮端或者蛋白质的loop区域,此外还可以通过半胱氨酸将LBT连接在蛋白质感兴趣的位点,由于LBT很小不会对蛋白的结构以及功能造成影响。此外,LBT的磷光特性在时间分辨的荧光检测中也得到了广泛应用。但是LBT结合的镧系金属离子不能直接被激发,需要LBT上色氨酸的吲哚环作为天线吸收能量后传递给镧系金属离子。所以基于LBT的荧光检测一般需要采用280 nm波长的紫外光激发(激发吲哚环),但是深紫外激发会导致细胞损伤,所以限制了它在细胞内实验中的使用。因此,本论文基于LBT-WT(序列为YIDTNNDGWIEGDELLA,其中粗体标示的6个氨基酸主链的羟基氧参与了镧系金属离子的配位),在它的基础上引入突变增加“天线”—吲哚环的数量,观察“天线”的增加对于LBT荧光性质的影响；此外,由于LBT的激发特性限制了其在活细胞上的使用,我们也对LBT-WT的“天线”进行改进,希望能够使得LBT的激发波长红移,避免采用紫外光源激发LBT。我们的研究发现在LBT上适当的位置突变增加吲哚环可以大大的增强LBT的荧光量子产率,其中LBT-T4W(序列：YIDWNNDGWIEGDELLA)的荧光量子产率为LBT-WT的2.5倍；其次基于LBY-WT我们发展了一种组合探针,将LBT-WT的“天线”换成了合适的荧光探针,实现了采用可见光激发LBT,使LBT可以用于活细胞的荧光标记实验。此外我们基于LBT我们采用LRET研究Ca2+, Mg2+, Phosphate 对RSV capsid两个结构域分子内相互作用。综上所述,本论文通过对LBT-WT的一系列改进,包括：设计突变增加吲哚环的数量以及开发荧光组合探针,使LBT在保留本身优点的荧光特性(特征发射谱,毫米级荧光寿命,特异性结合镧系金属离子)的基础上使荧光量子产率变化、可以被可见光激发实现LBT用于细胞内荧光标记。在后续的研究过程中,LBT将进一步优化希望能够用于更多的生物研究。本论文还基于LBT采用LRET研究多种因素对于RSV capsid两个结构域分子内相互作用的影响。