王晶團隊通過發(fā)展比例型熒光生物傳感器揭示活細胞內(nèi)長鏈脂肪?；o酶A代謝的動態(tài)調(diào)控
yle="margin-top:4px;text-indent:32px;line-height:24px">近日，北京大學藥學院天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室王晶團隊和華中師范大學化學學院楊光富團隊合作在學術(shù)期刊《Angewandte Chemie International Edition》發(fā)表了題為“A Ratiometric Fluorescent Biosensor Reveals Dynamic Regulation of Long-Chain Fatty Acyl-CoA Esters Metabolism”（比例型熒光生物傳感器揭示長鏈脂肪?；o酶A酯代謝的動態(tài)調(diào)控）的研究工作。
長鏈脂肪酰輔酶A（Long chain Acyl-CoA）是脂質(zhì)合成、降解和重塑的關(guān)鍵中間體，同時也是細胞內(nèi)信號傳導、離子通道和代謝酶的重要調(diào)節(jié)劑。此外，長鏈脂基化（棕櫚酰，豆蔻酰等）修飾是一類廣泛存在的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，該修飾賦予蛋白質(zhì)特殊的結(jié)構(gòu)和功能，對蛋白調(diào)節(jié)、信號傳導以及癌癥的發(fā)生具有重要作用。然而，針對長鏈Acyl-CoA的活細胞檢測尤其是動態(tài)監(jiān)測始終是一項具有挑戰(zhàn)性的難題，一直以來制約著該類分子亞細胞分布和功能調(diào)控研究。
基于此，北京大學藥學院天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室王晶團隊和華中師范大學化學學院楊光富團隊合作，利用遺傳編碼的熒光蛋白傳感器技術(shù)實現(xiàn)了對長鏈Acyl-CoA的時空特異性和實時動態(tài)監(jiān)測。該技術(shù)通過將循環(huán)重排的熒光蛋白cpYFP與來源于大腸桿菌（E.coli.）的長鏈Acyl-CoA結(jié)合蛋白FadR融合表達。當長鏈Acyl-CoA與該融合蛋白結(jié)合后，會誘導蛋白構(gòu)象變化，從而產(chǎn)生相應的熒光信號。通過進一步蛋白工程進化，該團隊獲得了對長鏈Acyl-CoA具有極好的熒光穩(wěn)定性、選擇性和敏感性（亞微摩爾）的生物熒光傳感器：LACSer。隨后，該團隊通過引入適當?shù)男盘栯呐c傳感器融合，構(gòu)建得到LACSer的突變體，從而實現(xiàn)了對活細胞內(nèi)亞細胞區(qū)室中的長鏈Acyl-CoA的比例定量，為實時動態(tài)研究活細胞中細尺度的長鏈Acyl-CoA分布奠定了堅實基礎。與此同時，該團隊還將LACSer用于研究ACSL酶功能失活后是如何差異性地降低胞質(zhì)和線粒體長鏈Acyl-CoA的水平，以及長鏈Acyl-CoA結(jié)合蛋白（ACBP）的功能缺失后是如何影響長鏈Acyl-CoA在細胞質(zhì)和線粒體之間的轉(zhuǎn)運。
該項研究表明，LACSer傳感器可以實現(xiàn)時空精確檢測活細胞中內(nèi)源長鏈Acyl-CoA水平的動態(tài)變化，為細胞內(nèi)代謝和調(diào)控機制研究提供了獨特的創(chuàng)新性工具，并為監(jiān)測長鏈Acyl-CoA的細胞內(nèi)合成/利用以及在能量產(chǎn)生與信號轉(zhuǎn)換功能研究打開了大門。該研究不僅有助于進一步加深對脂質(zhì)代謝的理解，而且可以極大地擴展在代謝工程以及藥物開發(fā)甚至臨床成像中的應用。
北京大學藥學院研究員王晶研究員和華中師范大學化學學院楊光富教授為本研究論文的通訊作者。華中師范大學聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生王尉波和北京大學藥學院碩士研究生魏慶鵬為論文的共同第一作者。該工作得到科技部重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金委等項目資助。
左起：王尉波（博士研究生），王晶（研究員），魏慶鵬（長學制碩士研究生）
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202101731
作者簡介：
王晶，博士，北京大學藥學院研究員、博士生導師、天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室PI。入選中組部高層次人才。長期致力于利用化學生物學方法研究小分子對生物大分子的調(diào)控機制和開發(fā)相應的基于遺傳編碼的生物熒光探針。至今以第一作者或通訊作者身份在Nat. Chem.、Nat. Biotechnol.、Angew. Chem. Int. Ed. 等國際重要學術(shù)期刊上發(fā)表多篇學術(shù)論文。
?北京大學藥學院 天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室 供稿
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