阪大,細胞内を0.1℃で計る蛍光タンパクを開発

大阪大学の研究グループは,33~40℃の範囲における温度変化に対して蛍光が高い精度で高感度に応答する蛍光タンパク質温度センサー「ELP-TEMP」の開発に成功した(ニュースリリース)。

生体内で起こる多くのプロセスは温度に影響される。しかし,従来の蛍光タンパク質温度センサーは細胞内の小さい温度上昇を捉えるのに十分な感度がなかったため,高感度な蛍光タンパク質温度センサーの開発が期待されていた。

研究グループは,温度応答性のエラスチン様ポリペプチド(ELP)とフェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)のペアとして使用可能な蛍光タンパク質mTurquoise2およびmVenusを構成要素に用い,ELPの一端にmTurquoise2,他端にmVenusを接続した分子デザインを着想した。

ELPは,下限臨界溶液温度と呼ばれる特性温度を超えると,急峻に大きな構造変化を起こすとともにELP分子同士が会合する。このようなELPの変化により,mTurquoise2とmVenus間の平均距離が著しく減少し,FRET効率が増加することで,mVenus/mTurquoise2の蛍光強度比が増加する。

哺乳類細胞の温度測定のために,このようなデザインの蛍光タンパク質温度センサーの作成を試行錯誤することでELP部分の最適化を行ない,33~40℃における高感度温度測定に適したELP-TEMPの開発に成功したとする。

蛍光タンパク質温度センサーは,その遺伝子を細胞内に導入して細胞に作らせることで,特定のタンパク質複合体や細胞小器官の標識が可能なため,細胞内温度変化や温度分布の計測に非常に有用。

しかし,従来の蛍光タンパク質温度センサーは,温度変化に伴う蛍光シグナル変化(温度感度)が約3%/℃程度であり,感度が十分高いとは言えなかった。これらとは対照的に,ELP-TEMPは,33~40℃の温度範囲で最大45%/℃という非常に高い温度感度で顕微鏡観察が可能になった。

また,蛍光タンパク質以外に,蛍光色素,希土類錯体,量子ドット,そして蛍光色素とポリマーの複合体などを用いたナノメーター程度の温度センサーも開発されているが,これらの温度感度と比べてもELP-TEMPの温度感度は高いという。

研究グループは,細胞中の温度測定の例として,ELP-TEMPを用いることで,化学的に刺激を与えた細胞中で発生した1.5℃の温度上昇が検出可能なことを確認した。ELP-TEMPは,生体内や細胞内における未知の熱産生現象を発見するための基盤技術として,期待されるとしている。

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