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| 發(fā)布時間：2017-02-28 訪問次數(shù):79906 作者: |
楊弋 教授  orcid.org/0000-0001-7896-1184
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傳真: (021) 6425-1287
E-mail: yiyang@@ecust.edu.cn (去掉一個@) 生物化學與分子生物學專業(yè)：博士生導師/碩士生導師 生物工程專業(yè)：博士生導師/碩士生導師/工程碩士導師 藥學專業(yè)：博士生導師/碩士生導師 生物與醫(yī)藥工程專業(yè)：工程博士導師 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 【個人簡介】 華東理工大學特聘教授，生物反應器工程國家重點實驗室副主任，華東理工大學光遺傳學與合成生物學交叉學科研究中心主任。細胞代謝監(jiān)測與控制國家自然科學基金委創(chuàng)新群體負責人，國家杰出青年基金獲得者，入選多個國家、教育部及上海市人才計劃與榮譽稱號。1990年由湖北省黃岡中學考入清華大學生物科學與技術系，1995年獲得學士學位。1999年獲清華大學生物化學博士學位。畢業(yè)后赴美哈佛大學醫(yī)學院進行金屬硫蛋白熒光檢測研究工作。2002年轉至波士頓大學醫(yī)學院，從事蛋白質巰基氧化性修飾原位熒光標記與成像技術研究。 2005年成為哈佛醫(yī)學院及其附屬的Brigham & Women’s 醫(yī)院的生物化學副研究員及醫(yī)學講師。2006年回國并被聘為華東理工大學藥學院及國家生物反應器工程重點實驗室特聘教授，從事合成生物學與光遺傳學前沿技術發(fā)展與應用研究。2014年籌建光遺傳學與合成生物學交叉學科研究中心。現(xiàn)任中國生物化學與分子生物學會常務理事，中國生物化學與分子生物學會酶學專業(yè)委員會主任，中國生物物理學會理事，上海市生物化學與分子生物學學會副理事長。
【研究生培養(yǎng)】 所培養(yǎng)的多個博士、碩士研究生與團隊成員已經(jīng)成長為教授、PI，獲教育部CJ、青年CJ學者、國家自然科學基金委優(yōu)秀青年基金、國家萬人計劃青年拔尖人才、中國科協(xié)青年托舉人才、上海市青年科技英才、上海市科技創(chuàng)新啟明星、上海市青年拔尖人才、上海市青少年科技創(chuàng)新市長獎、上海市高校研究生生命科學論壇一等獎、上海市青少年“明日科技之星”、“上汽教育杯”高校學生科技創(chuàng)新作品展評特等獎、上海市挑戰(zhàn)杯競賽一等獎、上海高校學生創(chuàng)造發(fā)明創(chuàng)新“科創(chuàng)杯”一等獎、上海市優(yōu)秀博士論文等。 本實驗室研究生將在實驗技術和儀器分析上受到嚴格科學訓練。研究領域涉及合成生物學、光遺傳學、化學生物學、藥理學、藥物篩選、生物化學與分子生物學、生物技術，學科交叉性與前沿性較強，研究對象從蛋白質、基因、細菌、酵母、動物細胞一直到活體動物都可能涉及，因此對學生的主動性、動手能力與執(zhí)行力要求更高。歡迎追求卓越的同學加盟本實驗室。
【主要研究方向】 主要研究對象為利用合成生物技術與光遺傳學技術控制與監(jiān)測細胞內(nèi)分子過程的前沿技術；癌癥及代謝類疾病藥理及藥物篩選技術；蛋白質特異性標記、翻譯后修飾的鑒定、與細胞內(nèi)原位成像；蛋白質藥物生產(chǎn)技術。在華東理工大學工作期間，建立了針對蛋白質二硫鍵與相鄰巰基的熒光探針及原位與活細胞成像技術，揭示了線粒體對這些巰基修飾形式的調控作用，進而發(fā)展了高效表達藥用蛋白的基因表達系統(tǒng)；發(fā)明了一系列特異性檢測細胞內(nèi)核心代謝物NAD、NADH、NADPH、乳酸、過氧化氫的基因編碼熒光探針Frex、SoNar、iNaps、FiNad、FiLa與Hyperion，實現(xiàn)了在活體動物及活細胞各亞細胞結構中對細胞代謝的動態(tài)檢測與成像，進一步利用這些探針發(fā)現(xiàn)了高效選擇性的抗癌藥物，揭示了其機制；構建了Pepper、Clivia、Okra系列高性能熒光RNA，在國際上首次實現(xiàn)了動物細胞內(nèi)不同種類RNA的標記與無背景成像，體現(xiàn)了熒光RNA從概念到實用的突破，為活細胞中RNA的功能研究提供極具價值的工具；發(fā)明了簡單實用的LightON系列動物細胞光控基因表達系統(tǒng)、RNA代謝控制系統(tǒng)與蛋白質穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了光對哺乳動物組織內(nèi)基因表達的控制。所發(fā)明的前沿生物技術受到了許多國際同行的關注。目前已有全球有1000余實驗室使用我們發(fā)展的各種前沿研究技術進行研究，其中哈佛大學、MIT、京都大學等科學家的應用我們技術的研究成果已經(jīng)發(fā)表于Science、Cell Metabolism等一流期刊。
【代表性研究成果】 已在Nature Biotechnology（X2），Nature Methods（X3），Nature Chemical Biology (X3)，Nature Protocols（X4）, Nature Communications（X2）， Cell Metabolism（X5）， Developmental Cell， Cell Research, Cell Discovery, PNAS, Science Advances, Nucleic Acids Res (X2），Blood等刊物通訊作者(含共同)發(fā)表論文127篇，授權國家發(fā)明專利20余項，國際專利近十項。代表性論著如下：
Li R, Li Y, Jiang K, Zhang L, Li T, Zhao A, Zhang Z, Xia Y, Ge K, Chen Y, Wang C, Tang W, Liu S, Lin X, Song Y, Mei J, Xiao C, Wang A, Zou Y, Li X, Chen X, Ju Z, Jia W, Loscalzo J, Sun Y, Fang W*, Yang Y* and Zhao Y*. Lighting up arginine metabolism reveals its functional diversity in physiology and pathology. Cell Metabolism 2025, 37, 291. Zuo F, Gao Z, Chen X* and Yang Y*. Fluorescent RNAs: new opportunities for drug discovery. Trends Pharmacol Sci 2025, online Fang M, Jiang Y, Chen X* and Yang Y*. Capabilities and challenges for the use of fluorescent RNAs in RNA dynamics research. Trends Cell Biol 2025, online F Zuo, L Jiang, N Su, Y Zhang, B Bao, L Wang, Y Shi, H Yang, X Huang, R Li, Q Zeng, Z Chen, Q Lin, Y Zhuang, Y Zhao, X Chen*, L Zhu* and Y Yang*. Imaging the dynamics of messenger RNA with a bright and stable green fluorescent RNA. Nature Chemical Biology 2024, 20, 1272. Huang K, Song Q, Fang M, Yao D, Shen X, Xu X, Chen X, Zhu L*, Yang Y* and Ren A*. Structural basis of a small monomeric Clivia fluorogenic RNA with a large Stokes shift. Nature Chemical Biology 2024, 20, 1453. Wang A, Zou Y, Liu S, Zhang X, Li T*, Zhang L, Wang R, Xia Y, Li X, Zhang Zuo, Liu T, Ju Z, Wang R*, Loscalzo J, Yang Y*, Zhao Y*. Comprehensive multiscale analysis of lactate metabolic dynamics in vitro and in vivo using highly responsive biosensors. Nature Protocols 2024, 19, 1311. Liu R, Yao J, Zhou S, Yang J, Zhang Y, Yang X, Li L, Zhang Y, Zhuang Y, Yang Y*, Chen X*. Spatiotemporal control of RNA metabolism and CRISPR-Cas functions using engineered photoswitchable RNA-binding proteins. Nature Protocols 2024, 19, 374. Jiang L, Xie X, Su N, Zhang D, Chen X*, Xu X, Zhang B, Huang K, Yu J, Fang M, Bao B, Zuo F, Yang L, Zhang R, Li H, Huang X, Chen Z, Zeng Q, Liu R, Lin Q, Zhao Y, Ren A*, Zhu L*, and Yang Y*. Large Stokes shift fluorescent RNAs for dual-emission fluorescence and bioluminescence imaging in live cells. Nature Methods 2023, 20, 1563. Zhang D, Chen Z, Du Z, Bao B, Su N, Chen X, Ge Y, Lin Q, Yang L, Hua Y, Wang S, Hua X, Zuo F, Li N, Liu R, Jiang L, Bao C, Zhao Y, Loscalzo J, Yang Y*, and Zhu L*. Design of a palette of SNAP-tag mimics of fluorescent proteins and their use as cell reporters. Cell Discovery 2023, 9, 56. Jia M, Yue X, Sun W, Zhou Q, Chang C, Gong W, Feng J, Li X, Zhan R, Mo K, Zhang L, Qian Y, Sun Y, Wang A, Zou Y, Chen W, Li Y, Huang L, Yang Y*, Zhao Y*, and Cheng X*. ULK1-mediated metabolic reprogramming regulates Vps34 lipid kinase activity by its lactylation. Science Advances 2023, 9, eadg4993. Fang M,Li H,Xie X,Wang H,Jiang Y,Li T,Zhang B,Jiang X,Cao Y,Zhang R,Zhang D,Zhao Y,Zhu L,Chen X* and Yang Y*. Imaging intracellular metabolite and protein changes in live mammalian cells with bright fluorescent RNA-based genetically encoded sensors. Biosens Bioelectron 2023, 235, 115411. Mao M,Qian Y,Zhang W,Zhou S,Wang Z,Chen X*, and Yang Y*. Controlling protein stability with SULI, a highly sensitive tag for stabilization upon light induction. Nature Communications 2023, 14, 2172. Huang D, Zhang C, Xiao M, Li X, Chen W, Jiang Y, Yuan Y, Zhang,Y, Zou Y, Deng L, Wang Y, Sun Y, Dong W, Zhang Z, Xie L, Yu Z, Chen C, Liu L, Wang J, Yang Y*, Yang J*, Zhao Y*, Zheng J*. Redox metabolism maintains the leukemogenic capacity and drug resistance of AML cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2023, 120, e2210796120. Li X, Zhang Y, Xu L, Wang A, Zou Y, Li T, Huang L, Chen W, Liu S, Jiang K, Zhang X, Wang D, Zhang L, Zhang Z, Zhang Z, Chen X, Jia W; Zhao A, Yan X, Zhou H, Zhu L, Ma X, Ju Z, Jia W, Wang C*, Loscalzo J, Yang Y*, Zhao Y*. (2023). "Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease." Cell Metabolism 2023, 35, 200. Liu R, Yang J, Yao J, Zhao Z, He W, Su N, Zhang Z, Zhang C, Zhang Z, Cai H, Zhu L, Zhao Y, Quan S, Chen, X*., and Yang, Y*. Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins. Nature Biotechnology 2022, 40, 779. Huang K, Chen X, Li C, Song Q, Li H, Zhu L *, Yang Y * and Ren A *. Structure-based investigation of fluorogenic Pepper aptamer. Nature Chemical Biology 2021, 17, 1289. Li T, Chen X, Qian Y, Shao J, Li X, Liu S, Zhu L, Zhao Y, Ye H * and Yang Y *. A synthetic BRET-based optogenetic device for pulsatile transgene expression enabling glucose homeostasis in mice. Nature Communications 2021, 12, 615. Zou Y, Wang A, Huang L, Zhu X, Hu Q, Zhang Y, Chen X, Li F, Wang Q, Wang H, Liu R, Zuo F, Li T, Yao J, Qian Y, Shi M, Yue X, Chen W, Zhang Z, Wang C, Zhou Y, Zhu L, Ju Z, Loscalzo J, Yang Y*, and Zhao Y*. Illuminating NAD+ Metabolism in Live Cells and In Vivo Using a Genetically Encoded Fluorescent Sensor.Developmental Cell 2020, 53, 240. Gu H, Chen C, Hao X, Su N, Huang D, Zou Y, Lin SH, Chen X, Zheng D, Liu L, Yu Z, Xie L, Zhang Y, He X, Lai X, Zhang X, Chen GQ, Zhao Y*, Yang Y*, Loscalzo J and Zheng J*, MDH1-mediated malate-aspartate NADH shuttle maintains the activity levels of fetal liver hematopoietic stem cells, Blood 2020, 136, 553. Li X, Zhang C, Xu X, Miao J, Yao J, Liu R, Zhao Y, Chen X* and Yang Y*, A single-component light sensor system allows highly tunable and direct activation of gene expression in bacterial cells, Nucleic Acids Research 2020, 48, e33. Zhang Z, Cheng X, Zhao Y* and Yang Y*, Lighting Up Live-Cell and In Vivo Central Carbon Metabolism with Genetically Encoded Fluorescent Sensors, Annu Rev Anal Chem 2020, 13, 293. Chen X, Zhang D, Su N, Bao B, Xie X, Zuo F, Yang L, Wang H, Jiang L, Lin Q, Fang M, Li N, Hua X, Chen Z, Bao C, Xu J, Du W, Zhang L, Zhao Y, Zhu L*, Loscalzo J and Yang Y*, Visualizing RNA dynamics in live cells with bright and stable fluorescent RNAs, Nature Biotechnology, 2019, 37，1287. Hao X, Gu H, Chen C, Huang D, Zhao Y, Xie L, Zou Y, Shu HS, Zhang Y, He X, Lai X, Zhang X, Zhou BO, Zhang CC, Chen GQ, Yu Z*, Yang Y* and Zheng J*, Metabolic Imaging Reveals a Unique Preference of Symmetric Cell Division and Homing of Leukemia-Initiating Cells in an Endosteal Niche, Cell Metabolism 2019, 29, 950. Zou Y, Wang A, Shi M, Chen X, Liu R, Li T, Zhang C, Zhang Z, Zhu L, Ju Z, Loscalzo J, Yang Y* and Zhao Y*, Analysis of redox landscapes and dynamics in living cells and in vivo using genetically encoded fluorescent sensors, Nature Protocols 2018, 13, 2362. Tao R, Zhao Y, Chu H, Wang A, Zhu J, Chen X, Zou Y, Shi M, Liu R, Su N, Du J, Zhou HM, Zhu L, Qian X, Liu H*, Loscalzo J and Yang Y*, Genetically encoded fluorescent sensors reveal dynamic regulation of NADPH metabolism, Nature Methods 2017, 14, 720. Chen X, Li T, Wang X, Du Z, Liu R, and Yang Y*. Synthetic dual-input mammalian genetic circuits enable tunable and stringent transcription control by chemical and light. Nucleic Acids Research, 2016, 44, 2677. Zhao Y, Wang A, Zou Y, Su N, Loscalzo J, Yang Y*. In vivo monitoring of cellular energy metabolism using a highly responsive sensor for NAD+/NADH redox state. Nature Protocols 2016, 11, 1345. Chen X, Li T, Liu R, Ma Z, Xu X, Zhang H, Xu J, Ouyang Q, Yang Y*. An extraordinary stringent and sensitive light switchable gene expression system for bacterial cells. Cell Research 2016, 26, 854. Zhao Y, Hu Q, Cheng F, Su N, Wang A, Zou Y, Hu H, Chen X, Zhou HM, Huang X, Yang K, Zhu Q, Wang X, Yi J, Zhu L, Qian X, Chen L, Tang Y, Loscalzo J, and Yang Y*. SoNar, a Highly Responsive NAD(+)/NADH Sensor, Allows High-Throughput Metabolic Screening of Anti-tumor Agents. Cell Metabolism 2015, 21, 777. Zhao Y, and Yang Y* Profiling metabolic states with genetically encoded fluorescent biosensors for NADH. Curr Opin Biotechnol 2015, 31, 86. Wang X, Chen X, and Yang Y* Spatiotemporal control of gene expression by a light-switchable transgene system. Nature Methods 2012, 9, 266. Huang C, Yin Q, Zhu W *, Yang Y*, Wang X, Qian X, and Xu Y * (2011). Highly Selective Fluorescent Probe for Vicinal-Dithiol-Containing Proteins and In Situ Imaging in Living Cells. Angew Chem Int Ed Engl 2011, 123, 7693. Zhao Y, Jin J, Hu Q, Zhou HM, Yi J, Yu Z, Xu L, Wang X, Yang Y*, and Loscalzo, J. Genetically Encoded Fluorescent Sensors for Intracellular NADH Detection. Cell Metabolism 2011, 14, 555. Yang Y, Song Y, and Loscalzo J. Regulation of the protein disulfide proteome by mitochondria in mammalian cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2007, 104, 10813. Yang Y and Loscalzo J. S-nitrosoprotein formation and localization in endothelial cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2005, 102, 117. Yang Y, Maret W, and Vallee BL. Differential fluorescence labeling of cysteinyl clusters uncovers high tissue levels of thionein. Proc Natl Acad Sci U S A 2001, 98, 5556.
【部分對本室科研成果的報道】
Nature Methods 雜志： 2012年人物專訪：http://www.nature.com/nmeth/journal/v9/n3/full/nmeth.1901.html 2017年專文介紹：http://www.nature.com/nmeth/journal/v14/n7/full/nmeth.4336.html 2019年專文介紹：https://www.nature.com/articles/s41592-019-0633-2 2021年技術專文：https://www.nature.com/articles/s41592-021-01180-w Nature Reviews Molecular Cell Biology 2012年專文介紹：https://www.nature.com/articles/nrm3307
國家自然科學基金委員會基金要聞： iNaps: NADPH遺傳編碼熒光探針 http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab448/info69998.htm Pepper 熒光RNA及活細胞RNA成像 http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab434/info76540.htm
科技部： Pepper 熒光RNA及活細胞RNA成像 http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201911/t20191104_149709.htm iNaps: NADPH遺傳編碼熒光探針 http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201707/t20170711_133973.htm
科學網(wǎng)： 細胞內(nèi)二硫鍵蛋白質組檢測與成像 http://news.sciencenet.cn/html/showsbnews1.aspx?id=185726 Frex:NADH遺傳編碼熒光探針 http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/2011103110464332220238.shtm SoNar:NAD/NADH遺傳編碼熒光探針 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2015/5/318392.shtm iNaps: NADPH遺傳編碼熒光探針 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/6/378426.shtm LightOn動物細胞光控基因表達系統(tǒng) http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/201221411152022022318.shtm Pepper 熒光RNA及活細胞RNA成像 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/11/432314.shtm RNA分子實時監(jiān)測與精密控制https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2022/1/367708.shtm
MIT科技評論 RNA分子實時監(jiān)測與精密控制 https://www.mittrchina.com/news/detail/10179 FiLa 乳酸遺傳編碼熒光探針 https://www.mittrchina.com/news/detail/11760 基于熒光RNA的高性能傳感器https://www.mittrchina.com/news/detail/12038
BioArt 細胞氧化還原態(tài)多參數(shù)成像 https://mp.weixin.qq.com/s/xr6MxSGwaqbTTUs9uKnqqw 白血病干細胞代謝特征分析與成像 https://mp.weixin.qq.com/s/Dk2Gr4Y_mtyIBqBmylwv4w Pepper 熒光RNA及活細胞RNA成像 https://mp.weixin.qq.com/s/W6bzgLEbCcRgV7pHCUL3vA Pepper 熒光RNA結構 https://mp.weixin.qq.com/s/H1cvL50DyzYAmr0rxJXsqg LicV 活細胞RNA代謝與功能控制https://mp.weixin.qq.com/s/QLemPSzKE0w8ER89MvO12Q FiLa：乳酸遺傳編碼熒光探針 https://mp.weixin.qq.com/s/4T2Zo8rChiHDqPwdquvvWg 乳酸調控細胞自噬： https://mp.weixin.qq.com/s/c8_C9SFlXuwlGuFxQDJItQ SmFP人造熒光蛋白：https://mp.weixin.qq.com/s/byhiryLT6zwJ4aCU4AVxSg Clivia熒光RNA及活體RNA成像：https://mp.weixin.qq.com/s/GNnWLkzcdaG-pYmcpfFKKg Clivia熒光RNA結構:https://mp.weixin.qq.com/s/oT49U1HrAxJHu1zVGEhPwA Okra超亮綠色熒光RNA:https://mp.weixin.qq.com/s/MY_h9u4puEQQT3LiZx6e_w STAR 遺傳編碼精氨酸探針:https://mp.weixin.qq.com/s/Tnv8XZV914e9eAbmpHdHxw
iNature Pepper 熒光RNA及活細胞RNA成像 https://mp.weixin.qq.com/s/XtjBNSlmSP8uf8iOOkoUGw LicV 活細胞RNA代謝與功能控制https://mp.weixin.qq.com/s/w9k-dudPzCZrbonbNUR-YQ FiLa：乳酸遺傳編碼熒光探針 https://mp.weixin.qq.com/s/POwBoAnwmeGo8CTfn5T1jQ
生物通： 2011 http://www.ebiotrade.com/newsf/2012-3/201231593621534.htmNature人物 2012 http://www.ebiotrade.com/newsf/2012-3/2012315110514627.htm LightOn系統(tǒng) 2013 http://www.ebiotrade.com/custom/ebiotrade/zt/130923/index.htm賽默飛特約之實驗室創(chuàng)新技術大獎 2013 http://www.ebiotrade.com/newsf/2013-3/201331165546667.htm中國學者Nature Methods雜志文章 2015 http://www.ebiotrade.com/newsf/2015-5/201557111541729.htm SoNar探針 2016 http://www.ebiotrade.com/newsf/2016-7/201674152704199.htm SoNar高通量篩選 2017 http://www.ebiotrade.com/newsf/2017-6/201766103257896.htm iNap探針 2019 http://www.ebiotrade.com/newsf/2018-12/20181226164750560.htm白血病干細胞代謝特征分析 2019 http://www.ebiotrade.com/newsf/2019-11/2019115161006907.htm Pepper 熒光RNA 2020 http://www.ebiotrade.com/newsf/2020-4/202048170613323.htm FiNad探針 2023 http://www.ebiotrade.com/newsf/2022-10/20221031173406180.htm FiLa探針 華東理工大學： 2007【創(chuàng)新前沿】《PNAS》 https://news.ecust.edu.cn/2007/0817/c18a64704/page.htm 2012【因您而感動】 https://wmb.ecust.edu.cn/2012/1218/c3210a24108/page.htm 2015【創(chuàng)新前沿】《Cell Metabolism》 https://news.ecust.edu.cn/2015/0506/c6a146794/page.htm 2017【創(chuàng)新前沿】《Nature Methods》 https://news.ecust.edu.cn/2017/0606/c174a12449/page.psp 2018【創(chuàng)新前沿】《Antioxid Redox Signal》 http://www.chqoy.cn/2018/0929/c2588a80121/page.htm 2018【創(chuàng)新前沿】《Nature Protocols 》 https://news.ecust.edu.cn/2018/0929/c6a149152/page.htm 2018【華東理工大學十大學術進展】入選 https://news.ecust.edu.cn/2019/0520/c6a149707/page.htm 2019【創(chuàng)新前沿】《Cell Metabolism》 https://news.ecust.edu.cn/2019/0410/c6a149590/page.htm? 2019【創(chuàng)新前沿】《Nature Biotechnology》 https://news.ecust.edu.cn/2019/0927/c8a150794/page.htm 2020【創(chuàng)新前沿】《Developmental Cell》 https://www.ecust.edu.cn/2020/0323/c10749a105475/page.htm 2021【創(chuàng)新前沿】《Nature Communications》 https://news.ecust.edu.cn/2021/0129/c6a158061/page.htm 2021【創(chuàng)新前沿】 教育部自然科學一等獎 https://news.ecust.edu.cn/2021/1101/c6a160615/page.htm 2021【創(chuàng)新前沿】 《Nature Chemical Biology》https://news.ecust.edu.cn/2021/1110/c6a160771/page.htm 2022【創(chuàng)新前沿】 《Nature Biotechnology》 https://news.ecust.edu.cn/2022/0104/c6a162550/page.htm 2023【創(chuàng)新前沿】 《Cell Metabolism》https://news.ecust.edu.cn/2022/1029/c6a169053/pagem.htm 2023【創(chuàng)新前沿】 《Nature Communications》 https://news.ecust.edu.cn/2023/0420/c6a172304/page.htm 2023【創(chuàng)新前沿】 《Science Advances》 https://news.ecust.edu.cn/2023/0605/c6a173716/page.htm 2023【創(chuàng)新前沿】 《Biosensors Bioelectronics》 https://news.ecust.edu.cn/2023/0614/c6a174042/page.htm
【技術發(fā)明范例】 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- LightOn & LightOff Gene Expression Systems 
LightOn或LightOff系統(tǒng)可使人們以前所未有的精度來控制動物、細菌、真菌等物種細胞內(nèi)基因的表達，不僅可以廣泛應用于生命科學領域研究，還將為糖尿病等人類疾病提供一種在時間和劑量上精確控制的基因治療新途徑。圖片顯示了利用光控制基因表達，將一幅圖片“印刷”在單層哺乳動物細胞上，或者控制糖尿病小鼠的血糖穩(wěn)態(tài)。(Nature Methods, 2012, 9, 266；Cell Research 2016, 26, 854; Nucleic Acids Res 2016, 44,6, 2677 ; ACS Synth Biol. 2018, 7, 2045；Nucleic Acids Res 2020, 48, e33；Nature Communications 2021, 12, 615；ACS Synth Biol 2023, 12, 664) --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Frex, the Sensor for Cellular Metabolism 
Frex 系列遺傳編碼熒光探針實現(xiàn)了在活細胞各亞細胞結構中對細胞代謝的動態(tài)檢測與成像，是研究癌癥及代謝類疾病及藥物篩選的有力工具。 圖片顯示了對線粒體抑制劑對細胞內(nèi)線粒體中NADH代謝的影響。(Cell Metabolism, 2011, 14, 555) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- In vivo Imaging of Cell Metabolism Using SoNar 
SoNar探針可實現(xiàn)活細胞與活體動物中對不同類型細胞代謝表型的動態(tài)監(jiān)測與成像，以及細胞代謝相關的活性化合物的高通量篩選。我們發(fā)現(xiàn)了腫瘤干細胞特殊的代謝模式，也發(fā)現(xiàn)了一些顯著改變細胞代謝抗癌藥物。（Cell Metabolism 2015, 21, 777; Nature Protocols, 2016, 11, 1345; Cell Metabolism 2019, 29, 950；Blood 2020, 136, 553）
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- iNap sensors reveal intracellular NADPH dynamics 
iNap探針實現(xiàn)了在活體、活細胞及各種亞細胞結構中對NADPH代謝的高時空分辨檢測與成像，可用于抗氧化、生物合成、AMPK等途徑的研究(Nature Methods, 2017, 14, 720; Nature Protocols, 2018)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Illuminating NAD+ Metabolism in Live Cells and In Vivo Using FiNad sensor 
FiNad是一個高響應、高靈敏、大動態(tài)范圍檢測NAD+/AXP比率的遺傳編碼熒光探針，實現(xiàn)了細菌、酵母、哺乳動物細胞、斑馬魚和活體小水平NAD+成像。，可用于細胞信號轉導、細胞代謝、衰老等領域研究(Developmental Cell, 2020)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Pepper Fluorescent RNAs enable tracing and quantificiation of various RNA species in live cells 
熒光蛋白技術是當代生物科學研究中最重要的顛覆性研究工具，點亮了細胞了各種蛋白質的動態(tài)。但人們在同樣重要的熒光RNA領域進展十分有限。我們首次獲得了系列高亮、穩(wěn)定、低背景、不同顏色的熒光RNA，命名為Pepper。這些熒光RNA具有獨特的三級結構，RNA與配體之間作用強烈，因而其熒光性能主要參數(shù)與現(xiàn)有技術相比方面提升了一到三個數(shù)量級，可有效標記活細胞內(nèi)種類、豐度各異的RNA，體現(xiàn)了熒光RNA從概念到實用的突破，為活細胞中RNA的功能研究提供極具價值的工具。(Nature Biotechnology 2019, 37,1287; Nature Chemical Biology 2021, 17, 1289)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins RNA像蛋白質一樣具有復雜的高級結構與相互作用，復雜而精確地執(zhí)行豐富多彩的生物學功能。與蛋白質研究相比，人們對細胞內(nèi)RNA時間空間分布及其功能的研究目前仍然有一定滯后，其中一個重要的原因是目前仍缺乏可以在活細胞內(nèi)對RNA分子進行高時空分辨精密控制的技術。針對這一亟需解決的技術挑戰(zhàn)，我們基于合成生物學及光遺傳學原理并結合全新的高通量篩選策略成功構建了LicV系列光控RNA效應因子，實現(xiàn)了動物細胞內(nèi)RNA生成、剪接、運輸、翻譯、降解等代謝活動的時空精密控制。LicV與CRISPR-Cas系統(tǒng)結合而成的LA-CRISPR系統(tǒng)，可具有更高的激活效率與更低的非特異性。LicV系列光控RNA效應因子與我們前期發(fā)展的Pepper技術結合，可在活細胞上對RNA進行時間和空間尺度的閉環(huán)監(jiān)測與控制，為深入探究單細胞內(nèi)RNA的功能和復雜調控機制提供極具價值的創(chuàng)新研究工具。(Nature Biotechnology 2022, 40, 779-786；Nature Protocols 2023, online)  
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease
乳酸是重要的能量燃料、合成砌塊和信號分子，是具有多種關鍵作用的代謝“明星”，在生理和病理過程中發(fā)揮重要作用。乳酸代謝呈現(xiàn)劇烈的動態(tài)變化和復雜的空間分布，傳統(tǒng)的生化方法難以實現(xiàn)活細胞和在體水平的動態(tài)追蹤。我們發(fā)明了高特異、高響應、超靈敏的乳酸熒光探針FiLa，繪制了亞細胞乳酸代謝圖譜，本研究意外發(fā)現(xiàn)線粒體基質內(nèi)富集了高濃度乳酸，解決了該領域爭議了幾十年的重要科學問題。建立了基于FiLa探針的臨床體液樣本即時檢測技術，發(fā)現(xiàn)尿液乳酸顯著升高可能作為母系遺傳性糖尿病伴耳聾（MIDD）疾病的潛在篩查標志物，為臨床診斷提供了重要依據(jù)。(Cell Metabolism 2023, 35, 220; Nature Protocols 2023, in press) 
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Bright HyPerion Sensor Enables Real-Time and In Vivo Monitoring of H2O2 過氧化氫是最主要的活性氧（ROS）成分，在單細胞到多細胞生物體內(nèi)作為信號分子發(fā)揮著重要的生物學功能。過氧化氫在細胞內(nèi)外迅速產(chǎn)生與滅失，具有強烈的時空動態(tài)。我們構建了一個非常明亮的過氧化氫熒光探針HyPerion，構建了其轉基因動物，追蹤了活體內(nèi)白血病細胞的氧化還原動態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)AML白血病干細胞由于蘋果酸酶的高表達，具有相當?shù)偷倪^氧化氫水平。對該氧化還原調控通路進行干預科有效降低白血病干細胞的白血病生成能力與耐藥性。該研究顯示了氧化還原代謝在白血病生成中的重要作用與藥物靶標(PNAS 2023 e2210796120) 
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Controlling protein stability with SULI, a highly sensitive tag for stabilization upon light induction 基因編輯、轉錄調控和RNA干擾是廣泛使用的操縱蛋白質水平的方法，但這些方法在表型控制方面存在有很大的延遲。內(nèi)源性細胞蛋白可以在蛋白酶體靶向的情況下，通過蛋白酶體靶向的嵌合分子（PROTACs）或通過降解特定的抗體和抗體受體來進行目的蛋白的快速降解，然而這些誘導劑是自由擴散的，也很難從生物系統(tǒng)中去除，因此難以實現(xiàn)蛋白的時空表達。發(fā)展了光誘導穩(wěn)定的蛋白質降解標簽SULI（stabilization upon light induction），在黑暗條件下，SULI標簽會被細胞的降解系統(tǒng)識別并降解；在藍光照射下，SULI標簽則非常穩(wěn)定。SULI可插入在目的蛋白的N端、C端甚至是內(nèi)部，利用光強與光照時間來調控這些不同蛋白的穩(wěn)定性。利用SULI，我們實現(xiàn)了酵母有絲分裂與斑馬魚發(fā)育過程的精確控制。SULI為研究不同細胞過程中的蛋白質代謝和功能提供了一個強大而方便的工具。（Nature Communications 2023, 14, 2172）
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Imaging intracellular metabolite and protein changes in live mammalian cells with bright fluorescent RNA-based genetically encoded sensors 目前，基于熒光蛋白的高性能細胞代謝探針的種類與顏色仍然有限。我們基于此前發(fā)展的高性能熒光RNA（Pepper）發(fā)展了一系列可特異性識別不同小分子代謝物，如SAM的遺傳編碼熒光探針。研究團隊利用Pepper-SAM探針實現(xiàn)藥物刺激下活細胞中SAM水平動態(tài)變化的實時標記與成像。相比前人制備的SAM探針相比，活細胞內(nèi)Pepper-SAM的熒光強度增加了10倍以上，達到了實用水平。此外，這種基于熒光RNA的代謝探針還可以隨意更換顏色。理論上，針對任何代謝物小分子或者蛋白等大分子，基于熒光 RNA 技術都可能發(fā)展出相應的傳感器。這有助于突破現(xiàn)有傳感器種類缺乏多樣性的限制，大大擴展傳感器的應用領域。（Biosens Bioelectron 2023, 235, 115411） 
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Design of a palette of SNAP-tag mimics of fluorescent proteins and their use as cell reporters 熒光蛋白為生物學各個領域的研究做出了極大的貢獻，但其性能仍有不足。我們基于化學生物學及合成生物學原理進化設計出了一系列光譜覆蓋藍色到近紅外波段的人造熒光蛋白。該系列人造熒光蛋白均具有信噪比高的特點，其在近紅外波段的亮度遠超已有成像工具，能夠對活細胞和活體動物體內(nèi)的蛋白質表達、蛋白質降解、蛋白質組裝以及蛋白質運輸實現(xiàn)實時成像。我們在此基礎上設計開發(fā)出一系列光譜涵蓋青色到近紅外波段的鈣離子熒光探針，并初步實現(xiàn)了對哺乳動物細胞中鈣離子震蕩的實時監(jiān)測，為熒光探針的構建提供了新的工具。（Cell Discov 2023, 9, 56） 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Large Stokes shift fluorescent RNAs for dual-emission fluorescence and bioluminescence imaging in live cells 大斯托克斯位移熒光蛋白是進行多色熒光成像的理想工具，已被廣泛應用于活細胞與活體蛋白質的多色熒光標記與成像，然而此前尚無活細胞可應用的高性能大斯托克斯位移熒光RNA工具。針對這一技術挑戰(zhàn)，研究團隊歷經(jīng)多年辛苦耕耘，最終在高性能大斯托克斯位移熒光RNA標記技術上取得了突破進展。團隊基于全新的分子設計理念與分子共同定向進化策略，原創(chuàng)發(fā)展了國際上首個可用于細胞成像的Cliva大斯托克斯位移熒光RNA，實現(xiàn)了活細胞RNA與基因位點的單激光雙發(fā)射多色實時成像，并進一步在活細胞與活體動物上完成了RNA-蛋白質相互作用的實時監(jiān)測。晶體結構顯示Clivia整體結構非常緊湊，呈紡錘型，配體與結合口袋之間通過完美的形狀互補實現(xiàn)特異性識別。Clivia具有高穩(wěn)定性、高信噪比、高亮度，是目前唯一可用于活細胞分析的大斯托克斯位移熒光RNA，也是唯一可在活體上對RNA動態(tài)進行測量的熒光RNA。Cliva將為活細胞與活體RNA的多色成像以及RNA功能與調控機制研究提供極具價值的實用工具，也有望為活細胞與活體生物傳感、即時診斷甚至實時診斷技術的發(fā)展提供新的機遇。（NatureMethods 2023,20, 1563;Nature chemical biology 2024, 20, 1453）
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Imaging the dynamics of messenger RNA with a bright and stable green fluorescent RNA 在眾多光譜的熒光RNA中，綠色熒光RNA憑借其廣泛的通用性以及可以適配幾乎所有的熒光檢測設備而受到廣泛關注【5】。然而現(xiàn)有的綠色熒光RNA存在細胞亮度低、光穩(wěn)定性差、背景熒光高等不足，限制了它們在活細胞中的應用。創(chuàng)新發(fā)展了活細胞內(nèi)具有超高亮度和光穩(wěn)定性的新型綠色熒光RNA Okra，Okra不僅可用于細菌和哺乳動物細胞內(nèi)mRNA的高亮度、低背景、長時間連續(xù)成像與示蹤，還首次實現(xiàn)了活細胞RNA的綠色單色和雙色超分辨成像。利用Okra， 我們進行了應激顆粒內(nèi)不同mRNA分布的超分辨成像，揭示了不同mRNA在顆粒中分布的異質性和不均一性。我們此次報道的Okra熒光RNA是目前最亮、最穩(wěn)定的綠色熒光RNA，填補了活細胞單色或多色RNA成像中明亮穩(wěn)定綠色熒光RNA的空缺。Okra將為RNA復雜生物學功能與調控機制研究提供極具價值的實用工具 （NatureChemical Biology 2024,20, 1272）. Highlighted by Nature Chemical Biology and Nature Review Chemistry (Nature chemical biology 2024, 20, 1246; Nat Rev Chem 2024, 8, 651) 
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Lighting up arginine metabolism reveals its functional diversity in physiology and pathology 精氨酸是氨基酸中的“多面手”，不僅參與了蛋白質合成，也可分解產(chǎn)生一氧化氮、肌酸等一系列重要體內(nèi)代謝物，還是氮平衡、尿素循環(huán)、血管舒張、免疫反應、腫瘤發(fā)生等多種生理病理過程的調節(jié)因子。然而，傳統(tǒng)的生化方法難以進行原位、實時、動態(tài)、在體的分析。我們構建了一個高性能、遺傳編碼的精氨酸熒光探針“STAR”，成功實現(xiàn)了在單細胞及活體水平對精氨酸代謝的特異、靈敏地實時動態(tài)監(jiān)測，并系統(tǒng)研究了精氨酸在氨基酸交換轉運、巨噬細胞命運轉變、基質細胞衰老調控及免疫疾病精準診斷中的重要作用（Cell Metabolism 2025, 37, 291）. 
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