1細胞の全たんぱく質発現パターンを分子感度で解析することに成功 ~従来法のわずか数十分の一の細胞数で、分化過程の全体像が明らかに~

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2026-07-08 東京大学

東京大学、京都大学、大阪大学の共同研究グループは、1細胞に含まれる全タンパク質(プロテオーム)の発現パターンを1分子感度で解析できる世界初の「Single-cell PAGE-PISA法」を開発した。従来のゲル電気泳動法と独自開発の光シート顕微鏡(PISA顕微鏡)を組み合わせ、タンパク質を分子量ごとに分離した後、1分子単位で検出・計数することで、細胞ごとのプロテオームプロファイルを高感度かつ簡便に取得できる。本手法により、細胞間の総タンパク質量の違いや異なるがん細胞株の識別に加え、iPS細胞から心筋細胞への分化過程を、従来の単一細胞RNA解析の数十分の一にあたる49細胞のみで再構築することに成功した。また、分化段階に応じて変動するタンパク質群の候補も抽出できた。高価な専用装置を必要とせず、一般的な実験設備で利用可能な点も特徴であり、基礎生命科学に加え、疾患研究、創薬、再生医療、細胞品質評価など幅広い分野で活用が期待される。研究成果は『Nature Communications』に掲載された。

1細胞の全たんぱく質発現パターンを分子感度で解析することに成功 ~従来法のわずか数十分の一の細胞数で、分化過程の全体像が明らかに~
図1:Single-cell PAGE-PISA 法の概念図

<関連情報>

ゲル電気泳動と3D単一分子イメージングによる単一細胞プロテオームの分子プロファイリング Molecular profiling of the single-cell proteome via gel electrophoresis and 3D single-molecule imaging

Latiefa Kamarulzaman,Sooyeon Kim,Takuya Hidaka,Misaki Tsuchida & Yuichi Taniguchi
Nature Communications  Published:08 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74840-0

Abstract

Recent advances in shotgun proteomics and immunoassays have yielded powerful single-cell proteomics technologies. However, current methods lack the sensitivity required to comprehensively quantify protein abundances in individual cells. Here, we present single-cell PAGE-PISA, an ultra-sensitive proteome profiling strategy that combines gel electrophoresis with 3D single-molecule fluorescence imaging. Our approach labels all proteins in single cells with fluorescent dyes, separates them by electrophoresis, and counts with single-molecule resolution. This technique quantified over 107 protein copies from a single mammalian cell with the sensitivity to detect low-abundance proteins down to 105 copies per species. Single-cell PAGE-PISA successfully classified cells into distinct cell types based on their proteomic profiles. Furthermore, our single-cell proteome data strongly correlated with predicted developmental states during cardiomyocyte differentiation, providing complementary information to single-cell transcriptome data. Together, single-cell PAGE-PISA enables highly sensitive and quantitative proteome profiling at the single-cell level, capturing subtle proteomic differences that distinguish diverse cellular states.

生物化学工学
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