哺乳類細胞における定量的グルコースおよびATPセンシング

哺乳類細胞の機能と生存には、活性エネルギー代謝が必要です。代謝機能障害は、糖尿病、癌、遺伝性ミトコンドリア障害、メタボリックシンドロームなど、多くのヒト疾患で重要な役割を果たします。単糖のグルコースは、細胞エネルギーの重要な供給源を構成します。原形質膜を横切る輸入後、グルコースは解糖経路によってピルビン酸に変換されます。ピルビン酸酸化は、ATPを生成するミトコンドリア酸化リン酸化（OXPHOS）システムの基質を供給します。健康で病気の状態における細胞エネルギー代謝の手術と調節に関する細胞生化学的知識を得るには、（非）定常状態の下での（変化の）代謝産物濃度について定量的知識が必要です。たとえば、この情報は、細胞代謝のより現実的なシリコモデルでより現実的なモデルを構築するために使用できます。これにより、代謝機能障害の結果とミトコンドリア薬の標的およびオフターゲット効果の理解が促進されます。ここでは、タンパク質ベースのセンサーを使用して、2つの重要な細胞代謝産物、グルコースとATPの現在の最先端のライブセル定量化を確認します。後者は、FRETの原理（蛍光共鳴エネルギー伝達）を適用し、蛍光顕微鏡により異なる細胞コンパートメントの測定を可能にします。さらに、FRETベースのセンサーのプロパティとアプリケーション、それらのキャリブレーション、落とし穴、および将来の視点を要約します。

The functioning and survival of mammalian cells requires an active energy metabolism. Metabolic dysfunction plays an important role in many human diseases, including diabetes, cancer, inherited mitochondrial disorders, and metabolic syndrome. The monosaccharide glucose constitutes a key source of cellular energy. Following its import across the plasma membrane, glucose is converted into pyruvate by the glycolysis pathway. Pyruvate oxidation supplies substrates for the ATP-generating mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) system. To gain cell-biochemical knowledge about the operation and regulation of the cellular energy metabolism in the healthy and diseased state, quantitative knowledge is required about (changes in) metabolite concentrations under (non) steady-state conditions. This information can, for instance, be used to construct more realistic in silico models of cell metabolism, which facilitates understanding the consequences of metabolic dysfunction as well as on- and off-target effects of mitochondrial drugs. Here we review the current state-of-the-art live-cell quantification of two key cellular metabolites, glucose and ATP, using protein-based sensors. The latter apply the principle of FRET (fluorescence resonance energy transfer) and allow measurements in different cell compartments by fluorescence microscopy. We further summarize the properties and applications of the FRET-based sensors, their calibration, pitfalls, and future perspectives.