2024-05-30 名古屋大学
名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM※)の多喜 正泰 特任准教授、山口 茂弘 教授らの研究グループは、高い耐光性と優れた環境応答性を兼ね備えたミトコンドリア内膜で特異的な蛍光を発する標識剤を開発し、内膜特性の違いを蛍光寿命の違いとして観察する新たな技術を開発しました。
細胞には数万種類を超える脂質が存在し、主な脂質成分は生体膜の構成要素として利用されています。脂質組成の違いが細胞間や細胞小器官(オルガネラ)間での相互作用や、タンパク質の機能制御と深く関連していることが知られています。一般的に脂質構造の多様性を理解するには質量分析による解析が有用ですが、質量分析では試料が破損してしまうために生きた細胞内における膜動態を観察することができません。一方、蛍光イメージングは生きた細胞内のオルガネラ動態の観察に適した技術ですが、脂質は既に手法が確立しているタンパク質とは異なり遺伝子工学によって直接蛍光標識することができません。そのため、脂質組成によって変化するオルガネラ膜の特性を蛍光イメージングによって評価することは困難でした。
本研究では、優れた耐光性を有し、かつ色素周囲の極性環境に応答して蛍光特性が変化するミトコンドリア内膜標識剤を開発しました。ミトコンドリア内膜はヒダ状の折りたたみ構造を形成しており、特有の脂質特性を有していることが知られています。今回開発した化合物を用いて細胞を標識し、蛍光寿命顕微鏡(FILM)注1)で観察したところ、ミトコンドリア内膜には流動性が高い領域と低い領域があることを発見しました。ミトコンドリア内膜の特性は、細胞種や培養条件によっても異なり、特に細胞をストレス下で培養すると、膜の流動性は著しく低下することを生細胞中で観察することに成功しました。
本研究成果は、2024年5月28日付ドイツ化学会誌「Angewandte Chemie International Edition」オンライン版に掲載されました。
【ポイント】
・耐光性に優れ、かつ極性変化に敏感な応答を示すミトコンドリア内膜で特異的な蛍光を発する標識剤を開発した。
・脂質組成によってミトコンドリア膜の特性が異なり、細胞の種類だけでなく、同じミトコンドリア内でも膜特性が不均一であることを明らかにした。
・細胞が酸化ストレスを受けると、ミトコンドリア内膜の特性が変化し、膜の秩序性が向上することを示した。
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【用語説明】
注1) 蛍光寿命顕微鏡(FILM):
蛍光分子が光により励起されてから、蛍光を発してもとの状態に戻るまでの平均時間を検出されるまでの時間を計測しマッピングする方法。蛍光波長の強度による解析の欠点を補うイメージング手法として注目されている。
【論文情報】
雑誌名:Angewandte Chemie International Edition
論文タイトル:Fluorescence Lifetime Imaging of Lipid Heterogeneity in the Inner Mitochondrial Membrane with a Super-photostable Environment-sensitive Probe
著者:Junwei Wang, 多喜 正泰*, 大場 陽介, 有田 誠, 山口 茂弘*(*は責任著者)
DOI: 10.1002/ anie.202404328
URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404328
※【WPI-ITbMについて】(http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp)
名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)は、2012年に文部科学省の世界トップレベル研究拠点プログラム(WPI)の1つとして採択されました。
WPI-ITbMでは、精緻にデザインされた機能をもつ分子(化合物)を用いて、これまで明らかにされていなかった生命機能の解明を目指すと共に、化学者と生物学者が隣り合わせになって融合研究をおこなうミックス・ラボ、ミックス・オフィスで化学と生物学の融合領域研究を展開しています。「ミックス」をキーワードに、人々の思考、生活、行動を劇的に変えるトランスフォーマティブ分子の発見と開発をおこない、社会が直面する環境問題、食料問題、医療技術の発展といったさまざまな課題に取り組んでいます。これまで10年間の取り組みが高く評価され、世界トップレベルの極めて高い研究水準と優れた研究環境にある研究拠点「WPIアカデミー」のメンバーに認定されました。
【研究代表者】
トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)/大学院理学研究科 山口 茂弘 教授、多喜 正泰 特任准教授
