早大,細胞の温度変化を蛍光イメージングで計測

早稲田大学の研究グループは,低分子蛍光温度計ER thermo yellowと,蛍光タンパク質の1つであるmCherryの蛍光寿命に,温度依存性(温度が上がるにつれて蛍光寿命が短くなる)があることを発見した(ニュースリリース)。

さらに,骨格筋様に分化した培養細胞(筋管細胞)をカフェインで刺激した際の,筋小胞体におけるER thermo yellowや,細胞質において発現したmCherryの蛍光寿命変化を観察することにより,それぞれの細胞小器官における温度変化を測定した。

これらの測定は,蛍光寿命イメージング顕微鏡法(FLIM)を用いて行なわれた。FLIMは蛍光物質の濃度変化や測定装置の影響を受けづらいなど,通常用いられる蛍光強度の測定と比べ,正確な結果が得られると考えられている。

その結果,筋管細胞の筋小胞体で温度上昇が見られたが,細胞質では大きな温度変化が見られなかった。この結果は,骨格筋での非ふるえ熱産生による温度変化が,筋小胞体近傍の極めて局所で起こることを示唆しているという。

我々ヒトを含む多くの生物は,絶えず熱を産生している。これまでに,細胞レベルでのさまざまなタイプの温度測定実験で,化学物質による細胞への刺激が,1℃程度の温度上昇を引き起こすことが報告されてきた。

一方で,これは先行研究である熱量測定装置であるマイクロカロリメトリーによる細胞懸濁液の発熱量測定結果から求められる,一細胞当たりの温度上昇の計算値10-5℃と大きな隔たりがある。

しかし,発熱量は細胞の種類によって差があったり,細胞全体に温度上昇がないと仮定したりすれば,このギャップは解消する可能性がある。研究は,細胞小器官ごとに温度上昇のばらつきがあることを明らかにし,このギャップの解消へ一石を投じることができた。

さらに,細胞小器官レベルで温度変化を測定できることがわかったため,この手法を応用して,今後,骨格筋における非ふるえ熱産生に自体の研究を進めるだけでなく,熱産生が関わっている悪性高熱症やメタボリックシンドロームなどの疾患の治療,薬剤評価に貢献することが期待されるとしている。

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