2012年12月12日

リリース概要

大阪大学産業科学研究所生体分子機能科学研究分野の永井健治教授、国立遺伝学研究所の堀川一樹准教授、北海道大学大学院医学研究科の初谷紀幸特任助教、京都大学大学院薬学研究科の樋口ゆり子特定助教らの共同研究グループは、化学発光タンパク質と蛍光タンパク質をハイブリッド化することで、従来よりも10倍以上明るく光る超高輝度化学発光タンパク質Nano-lantern(ナノ‐ランタン)を開発しました。ナノ‐ランタンでマーキングすることにより自由行動下におけるマウス体内の癌組織を実時間検出することに世界で初めて成功しました(補足)。また、ナノ‐ランタンを改変してCa2+やcAMP、ATPを検出できる発光プローブの開発にも成功しました。これらの発光プローブは励起光を必要としないため、蛍光タンパク質ではできなかった観察による新たな発見が期待されます。また、光で細胞の活動やタンパク質の機能を制御する「光遺伝学的技術(オプトジェネティクス)」と組み合わせることが容易です。例えば、神経活動の操作と計測を同時に行うことができるため、複雑で実験が困難であった高次神経活動(行動、思考、記憶)のメカニズムに迫る事が可能となります。

 

研究の背景

下村脩博士らのノーベル化学賞受賞で知られる蛍光タンパク質の開発・実用化に伴い、生きた細胞や組織、個体内で繰り広げられる生理現象を観察するいわゆる“ライブイメージング”技術が普及し、本年度のノーベル生理学医学賞を受賞した山中伸弥博士のiPS細胞研究にも大いに利用されています。しかしながら、蛍光観察に不可欠な紫外線などの励起光照射は細胞に対して毒性を示す上に、観察対象によっては強い自家蛍光や光応答性を有するため、励起光の照射を必要としない“生物発光”の利用が注目されつつありました。生物発光とはホタルなどが出す光のことで、ルシフェラーゼと呼ばれる酵素タンパク質の触媒反応により、化学エネルギーを用いて発光物質ルシフェリンが発光する現象です。励起光の照射を必要としない点で優れているものの、蛍光に比べて暗いためライブイメージングへの応用は進んでいませんでした。

 

本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)

ナノ‐ランタンおよびそこから生み出された発光プローブは遺伝子にコードされているため,任意の生物の多様な組織における計測を可能にし、多くの疾病の原因究明や効果的な創薬スクリーニングの開発が期待されます。

 

特記事項

研究成果は2012年12月11日(英国時間、日本時間12月12日)にネイチャー・パブリッシング・グループ(NPG)「Nature Communications」のオンライン速報版で公開されます。本研究はJST 戦略的創造研究推進事業・個人型研究(さきがけ)「光の利用と物質材料・生命機能」研究領域における研究課題「ナノサイズ高輝度バイオ光源の開発と生命機能計測への応用」などの助成によりなされたものです。

 

参考図

図1 ナノ‐ランタンの分子構造図と自由行動下の小動物個体体内にある癌組織の検出

補足 ナノ‐ランタンを発現する腺癌の細胞をICRマウスの体内に移植して撮影

 

参考URL

http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bse/

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