Nature Protocols封面刊发华理一研究成果 建立第二代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
6月30日，国际权威学术期刊Nature子刊Nature Protocols以封面文章（七月）的形式，在线发表了华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室、上海市新药设计重点实验室、药学院杨弋教授团队的最新研究成果——“In vivo monitoring of cellular energy metabolism using SoNar, a highly responsive sensor for NAD+/NADH redox state”。该团队主要致力于发展合成生物学与光遗传学新技术控制与监测细胞内分子过程。这也是杨弋团队继2011年在Cell Metabolism、2012年在Nature Methods、2015年在Cell Metabolism后，再次在国际高水平期刊上发表论文。
还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）及其氧化型（NAD+），作为生物体内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关键指标。然而，利用传统的酶学、色谱、质谱或核磁等生化方法研究代谢，难以实时追踪代谢物变化，更难以应用于高通量筛选。为了解决这一科学难题，2011年，杨弋团队利用合成生物学方法开发了第一代细胞代谢荧光探针Frex，实现了在活细胞及各种亚细胞结构中对NADH分子的实时动态、特异性的检测与成像。2015年，该团队又报道了可同时检测NAD+/NADH及其比率的第二代的细胞代谢荧光探针SoNar。如同火眼金睛一样，SoNar可察觉到癌细胞与正常细胞的微细代谢差异。
为了拓展第二代细胞代谢探针SoNar在生命科学和医学领域的应用，该团队利用多维荧光显微镜成像系统，建立了基于SoNar探针的单细胞动态检测和成像技术方法，实时动态测定了不同应激条件下细胞内NAD+/NADH的动态变化，定量分析了不同组织来源的哺乳动物细胞中NAD+/NADH比率，测定了物质跨膜转运、糖代谢、线粒体功能、氧化还原环境对细胞内NAD+/NADH代谢的影响；进一步利用多光谱活体成像系统，建立了基于SoNar探针的活体动物成像技术方案，测定了先前报道的抗癌化合物KP372-1对体内肿瘤代谢的影响。针对悬浮和贴壁两种细胞类型，建立并改进了先前的药物筛选方法，大大提高了筛选效率，达到60分钟之内即可评价380个化合物对细胞代谢的影响。
论文的第一作者为药学院青年教师、我校特聘研究员赵玉政，通讯作者为“国家杰青”、“长江学者”特聘教授杨弋。该项研究得到了 “973”计划、国家自然科学基金、上海市科委项目、上海市“曙光”计划、中国科协“青年人才托举过程”、“111”计划、生物反应器工程国家重点实验室基金、教育部基本科研业务费、高等学校博士学科点专项科研基金等经费资助。