天然に存在する蛋白質の可視化・寿命解析手法の開発に成功-蛋白質の寿命に関わる疾病のメカニズムの解明に期待-

2014.08.15

 浜地格 工学研究科教授らは、天然に存在する膜蛋白質に蛍光色素等の目印を付けるための分子ツールを開発しました。特に、実際に生きた細胞の膜表層に存在する蛋白質に、遺伝子操作などの余分な処理を施すことなく目印をつけることで、極めて天然に近い環境下で、蛋白質のイメージング(可視化)や、寿命、分解過程を解析することに成功しました。

 本研究成果は、2014年8月14日正午(アメリカ東部時間EST)に米国セル出版「Chemistry&Biology」のオンライン速報版で公開されました。

概要

 細胞には何万種類もの蛋白質が存在し、極めて複雑な環境の中でそれぞれが働いたり、不要になったら分解されたりしています。

 この蛋白質を可視化し観察するための手法として、これまでGFP(緑色蛍光蛋白質)を使った遺伝子工学的な手法を用いる必要がありました。この手法は、人為的に設計し作製された遺伝子を細胞内に導入し、観察したい蛋白質に似た「モデル蛋白質」を観察するものです。したがって、もともと細胞に存在している蛋白質をそのまま観察することは不可能で、本来の蛋白質の挙動を観察できる技術が待ち望まれていました。

 本研究グループは、天然に存在している蛋白質そのものを、遺伝子工学を用いずに有機化学によって蛍光色素等で目印をつける「LDAIラベル化法」の開発を行ってきました。これは、ラベル化剤と呼ばれる分子を細胞にかけるだけで、特定の狙った蛋白質のみに目印を付けて可視化を可能とし、解析する手法です。

 本発表では、LDAIラベル化法が、ガンやその他の疾病に深く関連するため、創薬の標的として注目されているさまざまな膜蛋白質に広く適用でき、天然に存在する膜蛋白質を可視化(イメージング)し、動態を観察できるだけでなく、それぞれの膜蛋白質の寿命やその分解過程を解析することのできるツールであることを実証することに成功しました。従来の手法に比べて簡便で、極めてナチュラルな条件で蛋白質の解析ができるため、膜蛋白質の細胞内での挙動や分解と深く関わる疾病のメカニズムの解明に役立つと期待されます。

a:遺伝子工学的手法を用いたGFP融合蛋白質の作製と観察、b:天然に存在する蛋白質を可視化するLDAI化学
a:遺伝子工学的手法を用いたGFP融合蛋白質の作製と観察、b:天然に存在する蛋白質を可視化するLDAI化学

研究者からのコメント

 蛋白質の分解や寿命は生体内で厳密に制御されており、その異常はさまざまな疾病に関わることが知られています。したがって、より自然な状態でその寿命や分解経路を解析出来れば、発病のメカニズム解明やその蛋白質を標的とした創薬開発に新しいアプローチを提供できると期待されます。

 本研究では、特に広範な生理機能に関わる膜蛋白質を、より自然に近い形でラベル化し分解挙動などの動態を追跡できるケミカルツールの開発に成功しました。今後は組織や生物個体(in vivo)での適用を目指して、研究を進めていく予定です。

詳しい研究内容について

書誌情報

Takayuki Miki, Sho-hei Fujishima, Kazuhiro Komatsu, Keiko Kuwata, Shigeki Kiyonaka, and Itaru Hamachi
"LDAI-Based Chemical Labeling of Intact Membrane Proteins and Its Pulse-Chase Analysis under Live Cell Conditions"
Chemistry & Biology Volume 21, Issue 8, pp. 1013–1022, 14 August 2014

掲載情報

  • 日刊工業新聞(9月3日 19面)に掲載されました。