中国科学技术大学生命科学与医学部薛林课题组与合作者德国马克思普朗克医学研究所Kai Johnsson教授在辅酶A（CoA）细胞内代谢过程研究取得重要进展，相关研究成果以“利用半合成生物传感器揭示CoA的代谢平衡”为题，于10月31日在《自然-化学生物学》在线发表。
CoA由维他命B5在体内合成，是人体内最重要的代谢物（辅酶）之一，其参与体内众多代谢通路，比如三羧酸循环、氨基酸代谢、蛋白翻译后修饰以及基因表达调控等。神经退行性疾病、肥胖以及肿瘤等代谢性疾病的发生发展都与CoA的代谢失调密切相关。然而，自1946年细胞内的CoA被发现以来，至今仍然没有能够在活细胞内准确检测其浓度和分布的有效方法，导致人们对细胞如何调控CoA的平衡与代谢过程还不明确，与其相关疾病的分子机制更是知之甚少。
图注. CoA半合成生物传感器以及对CoA代谢平衡的重新诠释
这篇文章中，研究人员以蛋白质标记技术构建了针对CoA的半合成生物传感器（图注）。这种传感器由自标记蛋白、荧光蛋白以及CoA受体蛋白构成的复合体。其具有荧光，与CoA结合后荧光颜色会发生改变，再通过检测荧光颜色变化而实现CoA的定量检测。研究人员进一步利用此传感器首次实现了CoA在活细胞亚细胞器内的原位示踪与准确定量。首先，通过系统研究CoA生物合成通路中各个酶对细胞质及线粒体内CoA浓度的影响，证实了泛酸（维他命B5）激酶对于CoA的生物合成起决定性作用，并利用泛酸激酶的抑制剂HoPan及激动剂PZ-2891有效调控了CoA在细胞内的浓度。其次，通过直接荧光示踪CoA在细胞质与线粒体之间的转运过程，研究人员揭示了位于线粒体内膜的SLC25A16转运蛋白的主要作用是将线粒体内的CoA前体3’-去磷酸CoA（dPCoA）转运到细胞质中，而SLC25A42转运蛋白则是将dPCoA与CoA从细胞质转运入线粒体内。依据上述结论，研究人员对CoA在细胞内的平衡与代谢做出了重新诠释（图注）。最后，利用荧光寿命成像技术研究人员首次实现了对不同细胞系细胞质及线粒体内游离CoA浓度的准确测定。由此为开发CoA代谢相关的神经及代谢疾病的抑制剂或药物提供了高效的分子工具，以实现对肿瘤等人类疾病的治疗。
综上，这篇论文不仅系统完成了CoA生物传感器的设计和构建，并首次实现了在活细胞内对CoA的原位示踪与定量检测，揭示了CoA在亚细胞内的平衡与代谢调控机制。此传感器为研究CoA相关的细胞生物学问题提供了强大分子工具，本文作者也希望该工具可以被更多生物学家所使用并揭示更多的CoA相关的生命科学问题。
细胞动力学教育部重点实验室和中科大生命科学实验中心，为本研究的开展提供了大力支持和帮助。
论文链接: https://www.nature.com/articles/s41589-022-01172-7