体の中の鉄と酸素を“細胞ごと”に⾒ることができる 新技術を開発 ―LiON により、病気に関わる鉄・酸素の偏りを⽣体内で可視化―

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2026-05-15 東京科学大学

東京科学大学と熊本大学の研究チームは、生体内の「生理活性鉄」と「酸素」を単一細胞レベルで同時可視化できる世界初の遺伝子コード型蛍光レポーター「LiON(Labile Iron and Oxygen Notifier)」を開発した。LiONは、鉄・酸素感受性を持つFBXL5タンパク質のヘムエリスリン様ドメインを利用し、赤色蛍光と緑色蛍光の比率変化によって細胞内の鉄・酸素状態を定量的に検出する。研究では、培養細胞やLiONノックインマウスを用いた解析により、同一組織内でも細胞ごとに鉄・酸素状態が大きく異なることを確認した。特に肝臓では、門脈側と中心静脈側でLiONシグナル勾配が見られ、機能的ゾーン構造との関連が示された。また、鉄過剰領域では酸化ストレス応答活性化も確認され、細胞脆弱性との関係が示唆された。研究チームは、本技術ががん、肝疾患、神経変性疾患、老化研究などにおける病態解明や創薬研究に重要な基盤になると期待している。

体の中の鉄と酸素を“細胞ごと”に⾒ることができる 新技術を開発 ―LiON により、病気に関わる鉄・酸素の偏りを⽣体内で可視化―
図.鉄・酸素レポーター「LiON」の仕組みと応用例(Hr:ヘムエリスリン様ドメイン)

<関連情報>

生体活性鉄と酸素の生体内可視化:不安定鉄・酸素通知剤LiONを使用 In vivo visualization of bioactive iron and oxygen using LiON, the labile iron and oxygen notifier

Ayato Maeda ∙ Akihiro Nita ∙ Shoko Sashiyama ∙ … ∙ Keiichi I. Nakayama ∙ Kimi Araki ∙ Toshiro Moroishi
Cell Reports Methods  Published:May 8, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2026.101431

Motivation

Iron and oxygen are essential cofactors for numerous cellular processes, and their intracellular availability varies widely across tissues and cell types. Although such heterogeneity is thought to shape cellular metabolism, stress responses, and disease progression, it remains challenging to assess them in vivo. Existing methods offer important and complementary strengths; however, no current approach enables single-cell-resolved, in vivo visualization of bioactive iron and oxygen while preserving tissue architecture. To address this gap, we developed a genetically encoded fluorescent reporter that enables ratiometric imaging of intracellular labile iron and oxygen in intact tissues.

Highlights

  • LiON enables ratiometric imaging of iron and oxygen in vitro and in vivo
  • LiON-knockin mice enable single-cell visualization of intracellular iron and oxygen
  • LiON provides a platform to study metal cofactor metabolism

Summary

Iron and oxygen are essential for numerous biological processes, yet monitoring their bioactive intracellular dynamics in vivo remains challenging due to the limitations of current detection methods. Here, we introduce the labile iron and oxygen notifier (LiON), a genetically encoded, ratiometric fluorescent reporter enabling single-cell-resolution monitoring of intracellular iron and oxygen levels in vivo. In cultured cells, LiON responds dynamically to physiologically relevant changes in iron and oxygen levels. Using LiON-knockin mice, we revealed heterogeneous distribution of iron and oxygen across tissues, cell types, and even among individual cells of the same type. Thus, LiON offers a platform for studying iron and oxygen metabolism in living organisms, providing insights into the cellular diversity of iron and oxygen utilization and their roles in physiology and disease.

細胞遺伝子工学
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