大阪大学産業科学研究所の京卓志特任研究員（常勤）（JSTさきがけ研究者 専任）、永井健治教授、松田知己准教授は、慶應義塾大学の仲嶋一範教授ら、京都大学の永樂元次教授らの研究グループとの共同研究により、細胞間接着を担うタンパク質N-cadherinの相互作用をイメージングするための蛍光センサー「INCIDER」を開発しました（図１）。これまでに用いられていた細胞間相互作用を可視化するための蛍光センサーは、低いシグナル/バックグラウンド比あるいは不可逆的な蛍光発光のため、細胞間相互作用の形成と解離の時間変化をコントラスト良くイメージングすることが出来ませんでした。

研究グループは、高いシグナル/バックグラウンド比を有するとともに、タンパク質間の可逆的な結合解離のイメージングが可能なddGFPという特別な２つの蛍光タンパク質のペアを使用することで、これまでの問題を解決しました。この研究成果は、様々な生命現象におけるN-cadherinが仲介する細胞間接着の時間変化のイメージングを可能にし、多様な細胞接着タンパク質の細胞間相互作用を可視化するための蛍光センサーの開発を発展させるための基盤となることが期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Communications Biology」に、10月7日（現地時間）に公開されました。

図1. INCIDERによる細胞間相互作用の検出

私たちヒトを始め、多細胞生物は細胞と細胞の相互作用によって形作られています。この細胞間相互作用は多様な細胞接着タンパク質が担っています。N-cadherinは発生から高次脳機能まで幅広い生命現象に寄与している細胞接着タンパク質です。N-cadherinの生理機能は主に遺伝子欠損による「必要性」の検討と過剰発現や再構成実験による「十分性」の検討により、明らかにされてきました。しかし、実際にN-cadherinが「いつ・どこで」相互作用することで、生命現象に貢献しているのかということは見過ごされてきました。この状況に一矢を報いるために、生きた細胞間で起こるN-cadherin間の相互作用の時間変化をイメージングするためのセンサーを開発する着想に至りました。

二量体形成によって蛍光を生じる特殊な蛍光タンパク質であるddGFPをN-cadherinの細胞外領域に挿入することにより、N-cadherin間相互作用によって緑色蛍光を生じるセンサー「INCIDER」を開発しました。既存の細胞間相互作用を可視化する蛍光センサーでは困難であった、細胞間相互作用の形成と解離をコントラスト良く可視化することに成功しました（図２上）。さらに、INCIDERを神経細胞に導入することで、世界で初めて生きた神経細胞間におけるN-cadherin相互作用の時間変化の可視化にも成功しました（図２下）。

図2. INCIDERの使用例

本研究成果は、これまでイメージングが困難なため見過ごされてきた細胞接着タンパク質の相互作用の時間変化を観測することの重要性を世界に投げかけるものです。生命現象におけるN-cadherinを始め様々な細胞接着タンパク質の接着の果たす役割に関する基礎研究の加速が期待されます。

本研究成果は、2022年10月7日（現地時間）に英国科学誌「Communications Biology」（オンライン）に掲載されました。

タイトル：“Development of intensiometric indicators for visualizing N-cadherin interaction across cells”
著者名：Takashi Kanadome, Kanehiro Hayashi, Yusuke Seto, Mototsugu Eiraku, Kazunori Nakajima, Tekeharu Nagai, and Tomoki Matsuda
ＤＯＩ：https://doi.org/10.1038/s42003-022-04023-2

なお、本研究は、文部科学省　科学研究費助成事業　新学術領域研究「脳構築における発生時計と場の連携」、同「シンギュラリティ生物学」、ＪＳＴ戦略的研究推進事業さきがけ「多細胞システムにおける細胞間相互作用とそのダイナミクス」、同CREST「細胞内現象の時空間ダイナミクス」の助成を受けたものです。