理研,レーザー共焦点顕微鏡でタンパク質輸送に知見

理化学研究所(理研)は,生きた細胞内でトランスゴルジ網(TGN)のダイナミクスを詳細に観察し,TGNを通過する積荷タンパク質の入口と出口が時空間的に明瞭に区画化されていることを明らかにした(ニュースリリース)。

全ての生物は膜で仕切られた細胞からできており,細胞の中には膜で包まれたさまざまな種類の細胞小器官が存在する。細胞小器官の1つであるゴルジ体は,「槽」と呼ばれる膜でできた袋が複数積み重なった特徴的な構造をとり,小胞体で新しく作られた積荷タンパク質を受け取って糖鎖付加などの修飾を施す働きを担っている。

ゴルジ体で修飾を受けた積荷タンパク質は,ゴルジ体に隣接したTGNと呼ばれる網目状の膜構造体に受け渡される。TGNは,積荷タンパク質を仕分けし,それぞれの働くべき場所へ送り出す細胞内タンパク質輸送の「ハブ」として特化した役割を担っている。

研究グループはこれまでに,自ら開発した高速高感度レーザー共焦点顕微鏡システム(SCLIM)を用いて,ゴルジ体の最も外側の槽(トランス槽)が積荷タンパク質を持ったまま,徐々にその性質をTGNへと変化させること(槽成熟)を明らかにした。しかし,ゴルジ体から生まれたTGNが,その後どのような時空間ダイナミクスを呈し,最終的にどのような運命をたどるのか,その詳細な過程については不明のままだった。

今回,研究グループは酵母細胞の中で働く2種類のゴルジ体常在タンパク質(ゴルジ体やTGNの各槽に特異的かつ定常的に存在するタンパク質の総称)および9種類のTGN常在タンパク質を異なる色の蛍光タンパク質で多重標識し,これらの詳細な時空間ダイナミクスを,SCLIMによって観察した。

その結果,TGNが生まれてから消えるまでの,一連の詳細な時空間ダイナミクスが明らかになった。特にTGNは「積荷を受け取るステージ」から「積荷を運び出すステージ」へ,両者が空間的に区画化された状態を保ちつつ,徐々に遷移していくことを明らかにした。

また,「積荷を運び出すステージ」内において,それぞれの目的地に向けて積荷運び出しを実行する各種被覆・アダプタータンパク質(細胞膜の内側や細胞小器官の表面に付着し,輸送小胞の形成や積荷の選別に関わるタンパク質群)が,独自の時空間ダイナミクスを呈することもわかったという。

研究グループは今回の研究により,細胞内タンパク質輸送・選別機構の破綻が原因となって起こるさまざまな疾患のメカニズム解明に貢献できるとしている。

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