東大,細胞内分子を高輝度観察できるタンパク質センサーを開発

東京大学は,生命現象に関わる重要な分子である細胞内cGMPの動態を可視化解析できる緑色蛍光タンパク質センサーの開発に成功した(ニュースリリース)。

環状グアノシン一リン酸(cyclic guanosine monophosphate:cGMP)は生体内において,神経応答や筋肉の弛緩など,様々な生理機能や生命現象を調節している。しかし,細胞内cGMPと他の分子との階層性や,それらの濃度の時空間変化パターンを解析することは困難だった。

これは,これまで開発されたFRET型cGMPセンサーがマルチカラーイメージングへ適用するには技術的困難が伴うこと,既存の単色型cGMPセンサーは蛍光輝度変化率が大きくないことに由来する。

研究では,二分割をした緑色蛍光タンパク質Citrineの間に,cGMP分解酵素(Phosphodiesterase 5α:PDE5α)のcGMP結合部位を挿入した。さらにPDE5αを挿入した部位のリンカーの長さやアミノ酸配列を最適化したところ,最終的には試験管内でcGMPとの結合により蛍光輝度が約7.5倍に上昇する緑色cGMPセンサー蛍光タンパク質(Green cGMP visualizing fluorescent protein:Green cGullと命名)を獲得した。

このGreen cGullを培養細胞に遺伝子導入し,細胞内cGMP濃度を増加させるさまざまな薬剤を投与したところ,試験管内で見られた反応と同様に蛍光輝度が約7倍以上に上昇した。さらに,Green cGullを赤色Ca2+蛍光指示薬(Rhod2)と共に培養細胞に導入し,単一細胞でのcGMP,Ca2+の2色蛍光色イメージングに成功した。

以上の結果から,Green cGullは高感度で細胞内cGMP濃度変化を検出できるだけでなく,細胞内の複数の分子がどのように相互作用しているのかをマルチカラーで検出するセンサーの1つとしても有望であることが示されたとしている。

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