基于高性能遗传编码荧光探针的中心碳代谢活细胞成像与时空动态分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91857202
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    275.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0702.细胞信号转导
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The Central Carbon Metabolism pathway is vital for cellular metabolic activity, and closely related to various diseases that threaten human health, e.g. diabetes and cancer. Genetically encoded fluorescent sensors have excellent specificity and spatiotemporal resolution, and are well suited for analysis of the production, transport and transformation of metabolites in live cells and in vivo. However, these sensors are currently availabe with limited species and colors, which can not fullfill the needs for systematic analysis of cellular central carbon metabolism. In this research project, we intend to innovate the principles sensor construction¸ and systematically develop a series novel, high performing, multi-color and differentially-locating fluorescent sensors for the core metabolites in the Central Carbon Metabolism. Based on these sensors, we aim to implement real time, high spatiotemperal resolution, multi-parameter imaging of cellular central metabolism in single cell level, subcellular level and in vivo. We will further analysis the dynamics and regulations of the production, transport and transformation of these core metabolites, using cancer cells and tumor microenvironments as model systems. These studies will provide toolkit of fluorescent sensors and imaging methodologies for the study of central carbon metabolism, which is not only useful for the understanding of spatiotemporal dynamics and regulation of cell metabolic networks, but also provides new approaches for the diagnosis and drug discovery of diseases associated with metabolism imbalance.
中心碳代谢是细胞代谢活动的核心,与威胁人类健康的糖尿病、癌症等各类疾病密切相关。遗传编码荧光探针具有优异的特异性和时空分辨率,适于在活细胞与活体内分析代谢物的产生、运输和转化。但现有高性能代谢物探针种类与颜色有限,难以满足系统研究细胞中心代谢的需求。本项目拟发展基于新原理的遗传编码探针构建方法,针对细胞中心碳代谢途径的多种核心代谢物系统开发不同颜色与亚细胞结构定位的新型高性能遗传编码荧光探针,实现单细胞与亚细胞水平、实时动态、高分辨率、多参数的细胞中心碳代谢成像,并以肿瘤细胞与肿瘤微环境为例分析这些重要代谢物质在细胞与机体内的产生、运输和转化动态过程与调控规律。本项目研究将形成针对细胞中心碳代谢的荧光探针与代谢时空动态分析技术工具箱,不仅可为人们在系统解析细胞代谢网络的时空动态变化与调控规律提供新技术与新方法,也可为疾病的诊断与药物发现研究提供新的手段。

结项摘要

中心碳代谢是细胞代谢活动的核心,与威胁人类健康的糖尿病、癌症等各类疾病密切相关。遗传编码荧光探针具有优异的特异性和时空分辨率,适于在活细胞与活体内分析代谢物的产生、运输和转化。但现有高性能代谢物探针种类与颜色有限,难以满足系统研究细胞中心代谢的需求。本项目发展了荧光RNA等基于新原理的遗传编码探针构建方法,针对细胞中心碳代谢途径的多种辅酶、羧酸、氨基酸等核心代谢物系统开发了二十余种不同颜色与亚细胞结构定位的新型高性能遗传编码荧光探针,实现单细胞与亚细胞水平、实时动态、高分辨率、多参数的细胞中心碳代谢成像。在细胞代谢控制方面,本项目在光遗传学技术上取得了突破,发展了多种RNA核心代谢过程的光控系统,实现了RNA转录、剪切、降解和翻译的定时、定量精密调控。项目还以肿瘤细胞与肿瘤微环境为例分析了重要代谢物质在细胞与机体内的产生、运输和转化动态过程与调控规律。本项目研究形成了 针对细胞中心碳代谢的荧光探针与代谢时空动态分析技术工具箱,不仅可为人们在系统解析细胞代谢网络的时空动态变化与调控规律提供新技术与新方法,也可为疾病的诊断与药物发现研究提供新的手段。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(26)
A synthetic BRET-based optogenetic device for pulsatile transgene expression enabling glucose homeostasis in mice.
一种基于 BRET 的合成光遗传学装置,用于脉冲式转基因表达,使小鼠体内的葡萄糖稳态得以实现。
  • DOI:
    10.1038/s41467-021-20913-1
  • 发表时间:
    2021-01-27
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Li T;Chen X;Qian Y;Shao J;Li X;Liu S;Zhu L;Zhao Y;Ye H;Yang Y
  • 通讯作者:
    Yang Y
Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease
超灵敏传感器揭示生理和疾病中乳酸代谢的时空景观
  • DOI:
    10.1016/j.cmet.2022.10.002
  • 发表时间:
    2023-01-03
  • 期刊:
    CELL METABOLISM
  • 影响因子:
    29
  • 作者:
    Li, Xi;Zhang, Yinan;Zhao, Yuzheng
  • 通讯作者:
    Zhao, Yuzheng
MDH1-mediated malate-aspartate NADH shuttle maintains the activity levels of fetal liver hematopoietic stem cells
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  • DOI:
    10.1182/blood.2019003940
  • 发表时间:
    2020-07-30
  • 期刊:
    BLOOD
  • 影响因子:
    20.3
  • 作者:
    Gu, Hao;Chen, Chiqi;Zheng, Junke
  • 通讯作者:
    Zheng, Junke
细胞RNA影像解析技术的研究进展
  • DOI:
    10.13376/j.cbls/2021035
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈显军;左方婷;谢鑫;方梦悦;杨弋
  • 通讯作者:
    杨弋
Lighting up live-cell and in vivo central carbon metabolism with genetically encoded fluorescent sensors
用基因编码的荧光传感器点亮活细胞和体内中心碳代谢
  • DOI:
    10.1146/annurev-anchem-091619
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Annual Review of Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Zhuo Zhang;Xiawei Cheng;Yuzheng Zhao;Yi Yang
  • 通讯作者:
    Yi Yang

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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光敏RNA分子开关创制与RNA高时空分辨精密控制技术
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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