华东理工大学Nature子刊开发细胞代谢研究新工具

　　

生物通报道  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（Nature人物：华东理工杨弋 ）。

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（华东理工杨弋等PNAS文章获高评价）。

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（华东理工大学特聘教授Cell子刊发表癌症研究新成果）。

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。

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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。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

In vivo monitoring of cellular energy metabolism using SoNar, a highly responsive sensor for NAD+/NADH redox stat

NADH and its oxidized form NAD+ have a central role in energy metabolism, and their concentrations are often considered to be among the most important readouts of metabolic state. Here, we present a detailed protocol to image and monitor NAD+/NADH redox state in living cells and in vivo using a highly responsive, genetically encoded fluorescent sensor known as SoNar (sensor of NAD(H) redox)……

作者简介：

杨弋

1990年由湖北省黄冈中学考入清华大学生物科学与技术系， 1995年7月获得学士学位。1999年获清华大学生物化学博士学位，曾被评为清华大学十优秀研究生，毕业论文被评为清华大学优秀博士论文。毕业后赴美哈佛大学医学院进行金属硫蛋白的博士后研究工作。2002年转至波士顿大学医学院，从事一氧化氮自由基生物学，巯基组学及心血管疾病的研究。 2005年成为哈佛医学院及其附属的Brigham & Women’s 医院的生物化学副研究员及医学讲师。2006年回国并被聘为华东理工大学药学院及国家生物反应器工程重点实验室特聘教授。2006年入选教育部新世纪优秀人才计划，2007年入选上海市浦江人才计划，2008年获得上海市高校特聘教授称号，2011年获上海市曙光学者称号。现为国际SCI期刊Journal of Bioscience and Bioengineering编辑。
 
研究方向
主要研究对象为利用合成生物技术控制与监测细胞内分子过程；癌症及代谢类疾病药理及药物筛选技术；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。在华东理工大学工作期间， 建立了针对蛋白质二硫键与相邻巯基的荧光探针及原位与活细胞成像技术，揭示了线粒体对这些巯基修饰形式的调控作用；发明了一系列特异性检测细胞内核心代谢物NADH的基因编码荧光探针，实现了在活细胞各亚细胞结构中对细胞代谢的动态检测与成像；发明了简单实用的动物细胞光控基因表达系统，首次实现了光对哺乳动物组织内基因表达的控制。这些研究成果以通讯作者或第一作者身份发表在《Nature Methods》、《Cell Metabolism》、《Angew. Chem.》、《PNAS》等一流杂志。