李新建研究實現在亞細胞分辨率實時監測衣康酸濃度變化

　　 衣康酸是一種由激活巨噬細胞合成具有抗炎功能的中間代謝產物。已有的研究證據表明在線粒體中順烏頭酸在代謝酶IRG1的催化作用下脫羧產生衣康酸，隨后衣康酸被轉運至胞漿發揮免疫調節功能。李新建團隊此前報道衣康酸能夠誘導巨噬細胞溶酶體的生物合成提高機體抵御細菌入侵的天然免疫能力(Molecular Cell 2022； PMID: 35662396)。衣康酸作為一種細胞內源代謝產物在宿主天然免疫反應過程中發揮重要功能，目前對于衣康酸的定量檢測依賴于液相色譜-質譜聯用技術，該方法要求細胞裂解，無法獲取代謝產物在細胞內不同區域的濃度分布信息，為了推動對衣康酸生物學功能的進一步研究，急需開發一種擁有時空分辨率檢測衣康酸濃度的方法。

　　代謝小分子與蛋白結合能誘導蛋白分子發生構象改變，此類蛋白分子與熒光蛋白連接，可將蛋白分子構象改變信號轉化成熒光信號輸出，利用此原理我們對代謝小分子結合蛋白進行工程改造，開發監測目標代謝小分子濃度變化的生物感受器。

　　2022年11月4日，李新建團隊在《Nature Communications》雜志在線發表了題為 "A genetically encoded fluorescent biosensor for detecting itaconate with subcellular resolution in living macrophages" (https://doi.org/10.1038/s41467-022-34306-5)的研究論文，報道開發出一款可基因編碼的衣康酸熒光探針，實現在亞細胞分辨率實時監測衣康酸的濃度變化。研究人員將細菌來源的衣康酸結合蛋白(IBD, itaconate-binding domain)與圓形排列的綠色熒光蛋白(cpGFP, circularly permuted green fluorescent protein)融合表達，并在C末端連接一個人著絲粒蛋白B (CENP-B, human centromere protein B)二聚化結構域，由于IBD在融合蛋白的N端以二聚體形式存在，該融合蛋白最終通過前后端二聚化形成一個內部環化分子。通過一系列的連接肽序列優化，研究人員獲得了在生理濃度范圍內響應衣康酸濃度變化的生物感受器，并命名為BioITA。使用BioITA監測小鼠巨噬細胞胞內衣康酸濃度變化的動力學曲線，研究人員發現LPS刺激后線粒體基質中的衣康酸濃度上升先于胞漿，大約在LPS刺激12小時后線粒體基質和胞漿中的衣康酸濃度均達到峰值，并意外發現胞漿中的峰值衣康酸濃度(約1757 M)顯著高于線粒體基質中的峰值衣康酸濃度(約551 M)。綜上所述，該成果為進一步研究衣康酸的抗炎、抗菌以及其它的生物學功能提供了創新性的工具支持。

　　中國科學院生物物理研究所博士生孫鵬凱、博士后張振興為該論文的共同第一作者，李新建研究員為該論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委、中國科學院和國家重點研發計劃的經費支持。