東工大，細胞質ATP濃度を繊毛運動観察から推定

東京工業大学は，細胞内のATP（アデノシン3リン酸，生体内のさまざまな反応のエネルギー源となる化学物質）の濃度を非侵襲的かつ短時間で簡便に推定する手法を，繊毛運動を利用して開発した（ニュースリリース）。

ATP濃度は細胞の代謝状態を反映するため，細胞内のATP濃度測定は基礎生物学的にも医学的にも重要課題であり，これまでにさまざまな測定手法が確立されてきた。しかし，これらの方法は，リアルタイムでの観察と侵襲性がトレードオフの関係にあった。

今回，研究グループは非侵襲的な細胞内ATP濃度測定を目指し，ある種の真核生物の細胞から生えた毛のような「動く細胞小器官」である繊毛の運動に着目した。

繊毛の内部構造「軸糸」は細胞骨格である微小管から成る。微小管上に並んだモータータンパク質ダイニンが隣接する微小管に対してATPの加水分解エネルギーを使って構造変化することで滑り運動が起こり，繊毛は波打ち運動を行なう。このときの光のちらつきを光センサーで検出し，パソコンで高速フーリエ変換をしたピーク値が平均繊毛打頻度を示す。この方法により，細胞集団の平均繊毛打頻度は10秒程度で計測できるという。

繊毛は精子や微生物では細胞の運動装置として，また多細胞生物の表面では細胞外液の起流装置として機能し，重要なはたらきをする。また，繊毛の運動頻度（毎秒）はATP濃度依存的であり，繊毛を界面活性剤で除膜してATPを添加すると，露出した軸糸が運動し，その運動頻度はほぼミカエリス・メンテン式に従ってATPの濃度に依存して上昇する。

この研究は繊毛研究モデル生物の緑藻クラミドモナスを材料に，軸糸を運動させる方法を最適化することで，軸糸の運動頻度とATP濃度の関係式を導出した。また，生きている細胞の繊毛運動頻度を計測し，この式に代入して迅速・簡便・非侵襲的に細胞質内ATP濃度を推定することに成功した。

研究グループはこの成果について，繊毛を持っているさまざまな生物や器官の細胞内ATP濃度の非侵襲的な推定に貢献するものだとしている。