In vivo monitoring of cellular energy metabolism using SoNar, a highly responsive sensor for NAD+/NADH redox state

NAD+激酶 氧化还原 绿色荧光蛋白 生物 生物化学 体内 荧光 细胞内 新陈代谢 黄色荧光蛋白 化学 细胞生物学 生物物理学 遗传学 基因 物理 量子力学 有机化学
作者
Yuzheng Zhao,Aoxue Wang,Yejun Zou,Ni Su,Joseph Loscalzo,Yi Yang
出处
期刊:Nature Protocols [Nature Portfolio]
卷期号:11 (8): 1345-1359 被引量:168
标识
DOI:10.1038/nprot.2016.074
摘要

NADH and its oxidized form NAD(+) have a central role in energy metabolism, and their concentrations are often considered to be among the most important readouts of metabolic state. Here, we present a detailed protocol to image and monitor NAD(+)/NADH redox state in living cells and in vivo using a highly responsive, genetically encoded fluorescent sensor known as SoNar (sensor of NAD(H) redox). The chimeric SoNar protein was initially developed by inserting circularly permuted yellow fluorescent protein (cpYFP) into the NADH-binding domain of Rex protein from Thermus aquaticus (T-Rex). It functions by binding to either NAD(+) or NADH, thus inducing protein conformational changes that affect its fluorescent properties. We first describe steps for how to establish SoNar-expressing cells, and then discuss how to use the system to quantify the intracellular redox state. This approach is sensitive, accurate, simple and able to report subtle perturbations of various pathways of energy metabolism in real time. We also detail the application of SoNar to high-throughput chemical screening of candidate compounds targeting cell metabolism in a microplate-reader-based assay, along with in vivo fluorescence imaging of tumor xenografts expressing SoNar in mice. Typically, the approximate time frame for fluorescence imaging of SoNar is 30 min for living cells and 60 min for living mice. For high-throughput chemical screening in a 384-well-plate assay, the whole procedure generally takes no longer than 60 min to assess the effects of 380 compounds on cell metabolism.
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