代谢传感器

荧光蛋白 (FP) 广泛应用于许多研究领域，例如追踪蛋白质的（亚）细胞定位和报告基因表达活动。FP 还可以被设计成用于实时成像细胞事件或活动的传感器。由于它们是遗传编码的蛋白质，无需外来化学物质即可自给自足地形成内在荧光团，因此可以通过信号肽将这些传感器定位到特定类型的细胞甚至不同的亚细胞器，从而实现对活细胞代谢活动的精确时空成像。为了监测细胞内事件，研究人员在过去二十年中开发了用于细胞代谢物、信使和条件的遗传编码生物传感器。这些生物传感器通常由两个基本模块组成：底物结合蛋白和 FP。从细菌到哺乳动物，各种调节蛋白和转录因子都专门感知细胞内的生物分子。生物分子与底物感应蛋白的结合通常会引发构象变化，这种变化会转移到融合的FP上，并影响FP的荧光强度和/或光谱。

FR-biotechnology 提供高度响应的、最先进的遗传编码传感器，用于监测活细胞或体内的细胞代谢。

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Frex，专门检测 NADH 的传感器

Frex系列基因编码荧光探针实现了活细胞各种亚细胞结构中细胞代谢的动态检测和成像，是研究癌症和代谢疾病以及药物筛选的有力工具。图为线粒体抑制剂对细胞内线粒体NADH代谢的影响。（Cell Metabolism，2011，14，555）

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SoNar，一种用于测量细胞内 NADH/NAD+ 比率的高响应传感器



SoNar 是一种高响应度传感器，用于测量细胞内或体内 NADH/NAD+ 比率。SoNar 可以动态监测和成像活细胞和活体动物中不同类型的细胞代谢表型，以及高通量筛选与细胞代谢相关的活性化合物。我们发现了癌症干细胞的特定代谢模式，也发现了一些抗癌药物细胞代谢的显著变化（Cell Metabolism 2015, 21, 777；Nature Protocols, 2016, 11, 1345；Cell Metabolism 2019, 29, 950；​​Blood 2020, 136, 553）

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iNap，高响应传感器揭示细胞内 NADPH 动态



iNap传感器是具有不同亲和力的高特异性iNADPH传感器。iNaps能够对体内、活细胞和各种亚细胞结构中的NADPH代谢进行高时空分辨率检测和成像，可用于研究抗氧化剂、生物合成、AMPK和其他途径（Nature Methods，2017，14，720；Nature Protocols，2018）

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FiNad，用于活细胞和体内 NAD+ 代谢的高响应传感器

FiNad是一种高响应、灵敏、大动态范围的基因编码荧光探针，用于检测NAD+/AXP比值，可实现细菌、酵母、哺乳动物细胞、斑马鱼和生物体的小水平NAD+成像，可用于细胞信号转导、细胞代谢、衰老等领域的研究（Developmental Cell，2020）


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FiLa：超灵敏乳酸传感器揭示生理和疾病中乳酸代谢的时空景观

乳酸是重要的能量燃料、合成构件和信号分子，是具有多重关键作用的代谢“明星”，在生理和病理过程中发挥重要作用。乳酸代谢呈现剧烈的动态变化和复杂的空间分布，传统生化方法难以在活细胞和体内水平实现动态追踪。FiLa是一种高特异性、高响应、超灵敏的乳酸荧光探针，可以绘制亚细胞乳酸代谢图谱，本研究意外发现线粒体基质中富集的高浓度乳酸，从而解决了该领域数十年来争论不休的线粒体乳酸代谢重要科学问题。建立了基于FiLa探针的临床体液样本即时检测技术，发现尿液乳酸显著升高是母系遗传性糖尿病伴耳聋（MIDD）疾病的潜在筛查标志物，为临床诊断提供重要依据。（Cell Metabolism 2023, 35, 220）

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STAR：高特异性、高灵敏度的精氨酸 阐明精氨酸代谢揭示其在生理学和病理学中的功能多样性

精氨酸是一种多功能氨基酸，不仅参与蛋白质的合成，还能分解产生一氧化氮、肌酸等一系列体内重要代谢产物，也是氮平衡、尿素循环、血管舒张、免疫反应、肿瘤发生等多种生理病理过程的调控因子。但传统的生化方法难以进行原位、实时、动态和在体分析。STAR是一种高性能的基因编码精氨酸荧光传感器，已成功实现在单细胞和体内水平上特异、灵敏的实时动态监测精氨酸代谢。利用STAR系统研究了精氨酸在氨基酸交换和转运、巨噬细胞转运转化、基质细胞衰老调控、免疫疾病精准诊断中的重要作用。 （Cell Metabolism 2024 online）

参考文献

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14. Zhao, Y. et al. SoNar, a Highly Responsive NAD(+)/NADH Sensor, Allows High-Throughput Metabolic Screening of Anti-tumor Agents. Cell metabolism 21, 777-789, doi:10.1016/j.cmet.2015.04.009 (2015).
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