細胞内タンパク質複合体の分子構成をナノスケールで可視化する革新的手法~多種のタンパク質で構成される分子複合体の実体が明らかに~

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2025-04-24 京都大学​

京都大学の研究チーム(医学研究科・生命科学研究科・米リーハイ大学)は、細胞内の多種タンパク質からなる分子複合体をナノスケールで可視化する革新的手法を開発しました。従来、抗体の大きさにより標的分子周辺の可視化が困難でしたが、標的に結合・解離する抗血清由来の超解像顕微鏡法IRIS用プローブと、画像解析手法PC-coloringを組み合わせることで、8種の内在性タンパク質の高密度標識と多重染色を実現しました。その結果、クラスリン被覆部位の縁において、上皮成長因子受容体(EGFR)が外側に配置された層状の分子複合体を発見し、EGFRのリクルート機構の解明に寄与しました。この手法は、細胞内の複雑な分子構造の理解を深める新たなツールとして期待されます。研究成果は2025年4月23日、国際学術誌「Structure」に掲載されました。

<関連情報>

ナノスケールでのタンパク質の共局在化により明らかになったクラスリンコートの分子複合体の層状組織化 Laminar organization of molecular complexes in a clathrin coat revealed by nanoscale protein colocalization

Tai Kiuch ∙ Ryouhei Kobayashi ∙ Shuichiro Ogawa ∙ Louis L.H. Elverston ∙ Dimitrios Vavylonis ∙ Naoki Watanabe
Structure  Published:April 23, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.str.2025.03.012

Graphical abstract

細胞内タンパク質複合体の分子構成をナノスケールで可視化する革新的手法~多種のタンパク質で構成される分子複合体の実体が明らかに~

Highlights

•IRIS probes from antiserum can label antigens beyond the maximum density of antibody

•High-density labeling allows quantitative localization of eight endogenous proteins

•PC-coloring colors regions of distinct ratios of proteins to map their complexes

•PC-coloring and correlation analysis reveal multi-layered complex formation

Summary

Super-resolution microscopy achieves a few nanometers resolution, but colocalization analysis in a molecular complex is limited by its labeling density. Here we present a method for quantitative mapping of molecular complexes using multiplexed super-resolution imaging, integrating exchangeable single-molecule localization (IRIS). We developed antiserum-derived Fab IRIS probes for high-density labeling of endogenous proteins and protein cluster coloring (PC-coloring), which employs pixel-based principal component analysis and clustering. PC-coloring maps regions of distinct ratios of multiple proteins, and in each region, correlation between two proteins is calculated for evaluating the complex formation. PC-coloring revealed multi-layered complex formation in a clathrin-coated structure (CCS) prior to endocytosis. Upon epidermal growth factor (EGF) stimulation, EGF receptor (EGFR)-dominant, EGFR-Grb2-complex, and Grb2-dominant regions lined up from outside the CCS rim. Along the interior of Grb2-dominant regions, CCS components (Eps15, FCHo1/2 and intersectin-1) formed a complex with Grb2 away from EGFR. The Grb2-dominant region and Grb2-CCS component complex formation probably determine EGFR recruitment sites in the CCS rim.

生物工学一般
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