R103 and R115 Affinity Mutants of ATeam ATP Biosensors.
三磷酸腺苷（ATP）在细胞外、胞质和分泌囊泡等生理环境中可从纳摩尔变化到毫摩尔，既是能量载体、磷酸供体，也是嘌呤能信号分子。为覆盖如此宽的浓度范围，需要具有不同亲和力的基因编码传感器。本研究针对 ATeam 系列 ATP 生物传感器 ATP 结合域中的两个关键精氨酸残基 R103 和 R115 进行定点突变，系统考察电荷中和（R-t...
Intracellular ATP concentration is a key regulator of bacterial cell fate.
ATP 作为众多细胞过程的主要能量来源，也具有生物助溶剂特性。活但不可培养（VBNC）和持留菌（persister）状态是细菌应对恶劣环境的两种常见休眠表型，均与低代谢活性相关。本研究利用高灵敏度 ATP 生物传感器 QUEEN-7μ 检测单个 VBNC 和持留菌细胞内的 ATP 浓度，发现两类细胞的胞内 ATP 浓度均低于可培养且...
See the power in kidney cells with ATP biosensor.
Yamamoto 等报道了一项重要技术进展，利用基因编码的荧光共振能量转移（FRET）ATP 生物传感器，在完整活体肾脏组织中以单细胞分辨率检测细胞内三磷酸腺苷（ATP）水平，包括位于肾脏表面深层的肾小管和血管段。该工作显著推进了既往活体生物传感器研究，使研究者能够机制性地探讨细胞代谢改变、肾脏疾病病理生物学以及药物治疗对不同肾细胞...
Real-Time Visualization of Cytosolic and Mitochondrial ATP Dynamics in Response to Metabolic Stress in Cultured Cells.
三磷酸腺苷（ATP）是细胞能量货币，约90%由线粒体产生，少于10%由胞质产生。代谢变化对细胞ATP动态的实时影响仍不明确。本文报道遗传编码荧光ATP指示剂smacATPi的设计与验证，可在培养细胞中实时、同时可视化胞质和线粒体ATP。该双指示剂由先前描述的胞质和线粒体ATP指示剂组合而成。在HEK293T细胞中，糖酵解抑制剂2-脱...
Simultaneous Monitoring of the Adenosine Triphosphate Levels in the Cytoplasm and Nucleus of a Single Cell with a Single Nanowire-Based Fluorescent Biosensor.
同步监测单细胞不同位点的三磷酸腺苷（ATP）水平，对揭示 ATP 相关细胞过程与疾病机制至关重要。本文设计并制备了一种基于单硅纳米线的荧光生物传感器，用于以高空间分辨率同时监测单个细胞胞质与细胞核中的 ATP 水平。该传感器以硅纳米线（SiNWs）为一维基底，表面包覆含荧光素异硫氰酸酯（FITC）的二氧化硅层，并通过羧基硅氧烷试剂接...
Measuring and modeling energy and power consumption in living microbial cells with a synthetic ATP reporter.
三磷酸腺苷（ATP）是生命体的主要能量载体，其浓度和消耗通量异常与癌症、病毒感染、免疫功能障碍及微生物耐药/持留等密切相关。现有 ATP 检测多依赖裂解细胞或昂贵荧光显微镜，难以实时连续监测活菌胞内 ATP。本文构建了一种合成 ATP 报告子，将 ATP 感应型 rrnB P1 启动子与快速折叠、快速降解的 GFP-mut2 及 S...
Increasing neuronal glucose uptake attenuates brain aging and promotes life span under dietary restriction in
脑神经元在机体衰老中发挥核心作用，但神经元葡萄糖可用性对衰老的影响存在矛盾证据。本研究分析果蝇脑神经元衰老过程中的代谢变化。利用遗传编码荧光腺苷三磷酸（ATP）生物传感器 ATeam，发现老年果蝇神经元胞体中 ATP 浓度下降，并与葡萄糖含量、葡萄糖转运体及糖酵解酶表达下降以及线粒体质量降低相关。抑制糖酵解或增强葡萄糖摄取的脑神经元...
Spatiotemporal ATP Dynamics during AKI Predict Renal Prognosis.
背景：肾小管细胞 ATP 耗竭在肾脏疾病发病机制中起核心作用，但体内 ATP 时空分布与动态难以可视化。方法：作者利用全身表达 FRET 型 ATP 生物传感器 GO-ATeam（由 ATP 合酶 ε 亚基与两种荧光蛋白组成）的 GO-ATeam2 小鼠，通过双光子显微镜在单细胞分辨率下观察热缺血再灌注和冷缺血再灌注过程中的 ATP...
Defining the ATPome reveals cross-optimization of metabolic pathways.
能量代谢紊乱是细胞功能障碍和多种疾病的重要驱动因素，但增加或维持细胞内三磷酸腺苷（ATP）水平的方法仍缺乏。为绘制调控细胞ATP的基因与通路全景图谱——ATPome，作者将全基因组CRISPR干扰/激活筛选与ATP生物传感器相结合，在呼吸、糖酵解和基础三种代谢条件下系统鉴定ATP调控基因。结果显示，ATP水平可通过促进能量生成或抑制...
In vivo real-time ATP imaging in zebrafish hearts reveals G0s2 induces ischemic tolerance.
多数真核细胞通过氧化磷酸化系统（OXPHOS）产生三磷酸腺苷（ATP）以支持细胞活动。我们在培养细胞实验中鉴定缺氧诱导蛋白 G0/G1 转换基因 2（G0s2）为 OXPHOS 的正向调节因子，并证明 G0s2 可保护培养心肌细胞免受缺氧损伤。本研究通过构建斑马鱼 g0s2 功能缺失与功能获得模型，考察 G0s2 在体内对缺氧的保护...
QUEEN-based Spatiotemporal ATP Imaging in Budding and Fission Yeast.
酵母是研究真核细胞代谢与生物能学的优良模型。ATP 是几乎所有生物必需的核心代谢物，既是细胞能量货币，也参与信号转导和蛋白磷酸化。因此，在活酵母细胞中清晰解析 ATP 的时空动态，对理解细胞能量代谢具有重要意义。然而，现有 ATP 测量方法，包括生化分析和各类 ATP 指示剂，均难以在单细胞水平对酵母细胞内 ATP 浓度进行精细、实...
Reliable imaging of ATP in living budding and fission yeast.
三磷酸腺苷（ATP）是所有生物体必需的主要代谢物，但对其在细胞群体中的异质性和单个活细胞中的动态变化了解有限。本研究优化了ATP生物传感器QUEEN，并在活酿酒酵母和裂殖酵母中以良好的时空分辨率监测ATP动态。结果显示，野生型酵母中ATP浓度在不同碳源和细胞周期阶段均保持稳定，提示存在维持ATP于特定浓度的机制。此外，ATP浓度并不...
A high-throughput screen of real-time ATP levels in individual cells reveals mechanisms of energy failure.
能量代谢不足或失调可能参与多种遗传性、退行性疾病、癌症甚至衰老。ATP 是细胞中央能量载体，但调控 ATP 水平的关键通路尚未系统阐明。作者将富集线粒体基因的池化 CRISPRi 文库、荧光生物传感器和流式细胞分选（FACS）结合，建立高通量遗传筛选，用于检测活人细胞中 ATP 浓度。该策略鉴定出此前未知参与能量代谢的基因。多数线粒...
ATP sensing in living plant cells reveals tissue gradients and stress dynamics of energy physiology.
植物生长和发育最终由光合作用捕获的光能驱动。ATP 作为通用细胞能量辅因子，驱动基因表达、代谢和运输等所有生命过程。尽管对 ATP 生物化学已有机制性理解，但活体植物中 ATP 动态仍难以解析。本文利用荧光蛋白生物传感器 ATeam1.03-nD/nA 建立活体植物中 MgATP2- 的测量方法。作者构建拟南芥传感器株系，并在适合植...
Development of a range of fluorescent reagentless biosensors for ATP, based on malonyl-coenzyme A synthetase.
通过调节对分析物的亲和力，扩大了基于荧光无试剂生物传感器可测 ATP 的浓度范围。该 ATP 生物传感器是由来自红假单胞菌的丙二酰辅酶A合成酶 MatB 与两个四甲基罗丹明形成的共价加合物。在结合位点引入突变以改变 ATP 结合亲和力，同时尽量保留伴随的荧光信号。利用该荧光信号测量结合位点不同区域突变的影响。突变分析显示三个变体尤其...
A Fluorescent, Reagentless Biosensor for ATP, Based on Malonyl-Coenzyme A Synthetase.
本研究开发了一种用于检测三磷酸腺苷（ATP）的无试剂荧光生物传感器。该传感器以红假单胞菌丙二酰辅酶A合成酶（RpMatB）作为蛋白支架和识别元件，并将两个5-碘乙酰胺四甲基罗丹明（5-IATR）荧光团共价标记于蛋白表面，作为信号读出元件。当Mg2+存在时，ATP与RpMatB结合诱导C端“盖”结构域旋转约20°，使两个罗丹明荧光团由...
Dynamic Changes in Cytosolic ATP Levels in Cultured Glutamatergic Neurons During NMDA-Induced Synaptic Activity Supported by Glucose or Lactate.
我们此前发现，当乳酸作为唯一底物时，培养神经元的突触传递会失败。为检验突触传递失败是否源于能量供应不足，本研究采用基因编码的 FRET 型 ATP 生物传感器 ATeam1.03YEMK 监测培养谷氨酸能神经元中的胞质 ATP 水平。实验以 30 μM NMDA 给予两次 30 s 脉冲、间隔 4 min 诱导突触活动，并在 1 m...
Glucose-stimulated single pancreatic islets sustain increased cytosolic ATP levels during initial Ca2+ influx and subsequent Ca2+ oscillations.
在胰腺胰岛中，高葡萄糖条件下胰岛素分泌伴随全胰岛钙离子同步升高，通常包括快速初始升高和随后持续振荡。传统模型认为葡萄糖代谢使胞内 ATP 升高，关闭 ATP 敏感钾通道，引起膜去极化和钙内流，但胞内 ATP 动态及其与钙信号的关系仍不清楚。本研究利用遗传编码荧光 ATP 生物传感器 GO-ATeam 和钙指示剂 fura-2，在单个...
In vivo fluorescent adenosine 5'-triphosphate (ATP) imaging of Drosophila melanogaster and Caenorhabditis elegans by using a genetically encoded fluorescent ATP biosensor optimized for low temperatures.
三磷酸腺苷（ATP）是所有生物体主要的能量货币，但多细胞生物体内ATP水平的时空动态仍不清楚。本研究对基因编码的Förster共振能量转移（FRET）型ATP生物传感器ATeam进行改造，以优化其在低温下的ATP亲和力。原AT1.03在37°C对ATP的解离常数约为3 mM，在25°C降至约0.6 mM，低于生理ATP浓度，导致低温...
Enhanced-acceptor fluorescence-based single cell ATP biosensor monitors ATP in heterogeneous cancer populations in real time.
现有细胞 ATP 监测方法难以在单细胞水平实时提供 ATP 的空间与时间定位，且对 ATP 的特异性不足。本研究开发了一种基于增强受体荧光（EAF）的单细胞 ATP 生物传感器，用于实时可视化细胞内 ATP。该传感器采用 Bacillus subtilis F0F1 ATP 合酶 e 亚基的修饰模拟物作为识别元件，该模拟物可结合 A...