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华东理工大学Nature子刊开发细胞代谢研究新工具

2016.7.05

  来自华东理工大学的研究人员报告称,他们开发出了对NAD+/NADH氧化还原状态高度敏感的一种传感器SoNar,可用于体内监测细胞的能量代谢。这一研究成果发布在6月30日的《Nature Protocols》杂志上。

  领导这一研究的是华东理工大学的杨弋(Yi Yang)教授。其主要研究方向为为利用合成生物技术控制与监测细胞内分子过程;蛋白质特异性标记、翻译后修饰的鉴定、与细胞内原位成像;蛋白质药物生产 技术。近年来,杨弋教授在《Nature Methods》、《Cell Metabolism》、《Angew. Chem.》、《PNAS》等国际权威杂志上发表了许多重要的研究成果,受到了许多国际同行的关注。

  2007年,杨弋教授在PNAS杂志上发布了有关蛋白质二硫键形成研究的新发现。这项研究成果对了解二硫键的形成及其对生命的调控,以及相关重大疾病机制研究与治疗具有重要意义。

  2015年,杨弋教授领导华东理工大学的研究人员报告称,他们开发出了一种高度敏感的NAD+/NADH检测探针,可基于细胞代谢对抗癌药物进行高通量筛查。这一重要的研究成果发布在5月5日的Cell Metabolism杂志上。

  作为存在于活细胞中最重要的辅酶之一,NAD以还原(NADH)或氧化(NAD+)形式介导了许多的氧化还原反应,因此在能量代谢中起着重要的作 用。此外,NAD还是一些重要的调控酶如单-或多聚-(腺苷二磷酸-核糖)聚合酶和Sirt家族脱酰酶的辅底物。这些小分子参与了各种生物学过程,包括能 量代谢、氧化还原代谢、生物合成、钙稳态、转录调控和细胞死亡等。它们还与许多的病理状态,如衰老、糖尿病、癌症和神经系统疾病密切相关。NADH和 NAD+的浓度通常被视作为是代谢状态最重要的读出数据。

  在这篇Nature Protocols文章中,研究人员提供了利用高度敏感的、遗传编码的荧光传感器SoNar来成像及监测活细胞与体内NAD+/NADH氧化还原状态的一 份详细的实验方案。根据研究人员的描述,这一嵌合SoNar蛋白最初是通过将环状排列的黄色荧光蛋白(cpYFP)插入到来自水生栖热菌的Rex蛋白 (T-Rex)的NADH结合结构域中而开发出来的。它通过结合NAD+或NADH,由此诱导影响荧光特性的蛋白质构象改变来发挥功能。

  作者们第一次描述了如何来建立SoNar表达蛋白的步骤,并随后讨论了如何利用这一系统来量化细胞内的氧化还原状态。这种方法敏感、准确、简单,且 能够实时报告各种能量代谢信号通路的微小扰动。他们还详细描述了在一项基于酶标仪的检测中应用SoNar对靶向细胞代谢的候选化合物进行了高通量化学筛 查,并在小鼠中对表达SoNar的移植瘤进行了体内荧光成像。通常情况下,在活细胞和活体小鼠中SoNar荧光成像的大致时间范围分别为30分钟和60分钟。作者们指出,对于在384孔板中进行高通量化学筛查,整个程序通常需要不超过60分钟的时间,就可以评估出380种化合物对细胞代谢的影响。

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