我国学者在细胞代谢检测与成像技术方面取得重要进展

在国度自然科学基金重大年夜研究筹划、国度出色青年科学基金项目和面上项目标帮助下,华东理工大年夜学杨弋教授团队开辟了一系列特异性检测还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的高机能遗传编码荧光探针iNap。相干研究结果以“Genetically encoded fluorescent sensors reveal dynamic regulation of NADPH metabolism”(遗传编码的荧光探针揭示NADPH代谢的动态调节)为题于2017年6月5日以“研究长文”的情势在线揭橥在Nature Methods,2017年7月28日正式注销。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH/NAD+)及其磷酸化情势(NADPH/NADP+),作为生物体内两对最重要的辅酶和核心代谢物,常被用作评价细胞代谢状态的症结指标,与衰老及相干疾病如癌症、糖尿病、肥胖症、心脑血管疾病、神经性退行性疾病等的产生成长密切相干。久长以来,细胞代谢的检测重要依靠酶学、色谱、质谱等,这些方法不仅损坏了细胞或生物体的完全性,更难以运用于高通量筛选。

为了解决这一重要科学难题,2011年,杨弋教授团队运用合成生物学方法开辟了一系列遗传编码的NADH荧光探针,实现了在活细胞及各类亚细胞构造中对NADH分子的及时动态、特异性的检测与成像(Cell Metabolism, 2011, 14, 555)。2015年,该团队又报道了可同时检测NAD+,NADH及其比率的第二代细胞代谢荧光探针NADH氧化还原比率探针(SoNar),像火眼金睛一样,可察觉到癌细胞与正常细胞的微细代谢差别(Cell Metabolism, 2015, 21, 777)。并进一步建立了细胞代谢荧光探针在单细胞、活体动物成像及高通量药物筛选方面的系统研究方法(Nature Protocols, 2016, 11, 1345)。

NADH和NADPH的荧光光谱相似,然则二者的心理功效却显著不合。NADH重要介入物质能量代谢,而NADPH重要介入合成代谢以及抗氧化,传统的自觉荧光分析方法很难区分这两种小分子。该研究团队在第二代NADH荧光探针SoNar的基本上,经由过程对底物结合蛋白的理性设计和改造,开拓了一系列高机能遗传编码荧光探针iNap,特异性检测NADPH,实现了在活体、活细胞及各类亚细胞构造中对NADPH代谢的高时空分辩检测与成像。该研究首次报道了癌细胞内分歧亚细胞构造中游离的NADPH水平,发明了氧化应激时癌细胞内NADPH代谢受葡萄糖水平动态调节。研究团队也进一步发明人体内源性类固醇激素DHEA经由过程抑制G6PD活性和激活AMPK活性,对NADPH代谢实现双向调节感化。鉴于AMPK旗子暗记通路在衰老、糖尿病、肥胖症以及癌症中的重要角色,这一研究结果有望破解DHEA作为一种药物和伙食弥补剂在这些疾病方面发挥出的有益感化。NADPH作为细胞内的还原力,在心理或病理前提下发挥重要角色。该研究报道的细胞代谢荧光探针iNap,不仅可运用于抗氧化、AMPK、脂肪酸合成等代谢门路与通路分析,也可用于衰老及相干疾病立异药物的发明。

研究人员开拓了一系列高机能遗传编码荧光探针iNap,特异性检测NADPH,实现了在活体、活细胞及各类亚细胞构造中对NADPH代谢的高时空分辩检测与成像,可普遍运用于抗氧化、AMPK、脂肪酸合成等代谢门路与通路分析,同时,对干系范畴的药物研究也具有重要意义。

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