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研究トピックス
2016/03/09 投稿

分子混雑が計測できる蛍光タンパク質「GimRET」の開発 -定量評価の実現により、分子混雑と細胞機能の関連の議論が可能 -

理化学研究所(理研)生命システム研究センター先端バイオイメージングチームの森川高光大学院生リサーチ・アソシエイト(研究当時 大阪大学大学院生命機能研究科)渡邉朋信チームリーダー、大阪大学大学院理学研究科 今田勝巳教授、同産業科学研究所 永井健治教授、北海道大学大学院先端生命科学研究院 金城政孝教授らの共同研究グループは、細胞内の分子混雑状態により色が変わる蛍光タンパク質「GimRET(Glycine inserted mutant fRET sensor)」の開発に成功しました。

細胞内にタンパク質が詰め込まれた状態を「分子混雑」といいます。近年、試験中と細胞中では、タンパク質の折り畳まれ方が異なることが発見されました。また、分子混雑がタンパク質の機能にも影響を与える可能性が示唆されています。例えば、タンパク質の混雑が過剰になると、細胞内ではアミロイドが凝集し神経疾患を引き起こします。細胞内の分子混雑を評価することは、試験内実験と細胞内での実験とを繋げための重要な要素であると共に、分子混雑が細胞機能に与える影響を知ることにも役に立つと期待されます。

これまで、分子混雑を評価する指標として、流動性(分子の動き)が使われてきました。混雑状態と流動性は、必ずしも一致しません。細胞内では、細胞骨格やクロマチンのようなタンパク質が集まった構造体が存在し、流動性に影響を与えます。従って、細胞内の分子混雑は、混雑状態(分子の量)と流動性の両面から評価する必要があります。そこで共同研究グループは、生きた細胞内で分子の混雑状態と流動性を同時に計測する技術の開発に挑みました。

共同研究グループの森川大学院生リサーチ・アソシエイトは、従来の蛍光タンパク質にわずか一つのアミノ酸を挿入することで分子混雑の具合によって明るさの変わることを見いだしました。このユニークで有効な改変方法に多くの研究者が興味を持ち、今回の共同研究グループが立ち上がりました。そして分子の混雑状態に依存して色が変わる蛍光タンパク質「GimRET」を開発・実証しました。GimRETから発せられる蛍光の色を解析することで、分子の混雑状態が評価できます。同時に、光学顕微鏡を用いることでGimRETの細胞内での拡散速度が計測可能です。

蛍光タンパク質にアミノ酸を挿入するというシンプルなアイデアが、分子混雑を定量的に評価する方法の開発につながりました。今後、これまで議論できなかった分子混雑と細胞機能の関連について、議論が可能になると見込まれます。また、GimRETは、基礎的な生命科学分野のみならずアミロイド―シスなどの分子混雑が関連する病気の原因解明など、医学分野においても役立つことが期待できます。

本研究は、英国科学誌『Scientific Reports』電子版(日本時間:3月9日19時)に掲載されました。

research20160309

図:分子混雑に反応する蛍光タンパク質開発の基本的なアイデア

A:蛍光タンパク質の模式図。発光団は単体では、水分子にさらされていて蛍光を発することができない。円柱が水分子の発光団へのアクセスを抑制するため、発光団は光ることができる。
B:通常の蛍光タンパク質では、水分子と発光団との相互作用が抑制されているため、蛍光タンパク質の蛍光は、周囲の水分子の状態(本研究では疎水性)により影響を受けにくい。水分子か通るくらいの穴を円柱にあけることで、少数の水分子だけが発光団と相互作用できると考えられる。

本件に関する問い合わせ先

大阪大学 大学院理学研究科 教授
今田 勝巳(いまだ かつみ)
〒565-0043 大阪府豊中市待兼山町1-1
TEL: 06-6850-5455/5456 FAX: 06-6850-5455
E-mail: kimada@chem.sci.osaka-u.ac.jp