理研ら,色褪せない蛍光タンパク質を創出

理化学研究所(理研),東北大学,北里大学,花王は,明るく極めて褪色しにくい蛍光タンパク質「StayGold」を開発し,生細胞で細胞小器官の微細構造の動態を速く長く解析する定量的観察法を確立した。また,StayGoldとVHH抗体の融合タンパク質を作製し,固定感染細胞における新型コロナウイルスのスパイクタンパク質の詳細な分布を明らかにした(ニュースリリース)。

蛍光タンパク質は,励起のための光を増強させると褪色し,そのシグナルが減弱・消滅するという欠点がある。蛍光タンパク質の褪色のせいでバイオイメージングの性能の幅が制限される状況にあり,褪色しにくい(光安定性が高い)実用的な蛍光タンパク質を開発することが重要課題として掲げられてきた。

今回研究グループは,「タマクラゲ」の遺伝子発現解析データをもとに,野生型タマクラゲの緑色蛍光タンパク質を遺伝子クローニングし,明るく極めて褪色しにくい変異体StayGoldを創出した。光安定性を絶対的褪色定量法により定量評価したところ,StayGoldは既存の蛍光タンパク質と比べて10~100倍優れていることが分かった。

そこで小胞体,ミトコンドリア,微小管などの細胞小器官をStayGoldで蛍光標識し,従来の蛍光タンパク質では褪色のために解析できなかった動的構造変化を明らかにした。また,StayGoldを抗SARS-CoV-2スパイクタンパク質VHH抗体に連結することで,感染細胞内でウイルス粒子が成熟する経路を捉えることに成功した。

定量性を目指すさまざまな蛍光イメージングにおいて,色素の褪色は常に障害となる。経時的な観察やzスキャンを伴う体積イメージングでは,サンプルに繰り返し光を照射することが必須なため,多かれ少なかれ褪色問題が発生する。

創薬研究などでレポーター遺伝子アッセイが盛んに行なわれているが,このアッセイ用の蛍光タンパク質は二量体であってもそのまま単独で発現させることができる。よってStayGoldは,薬効評価など定量性を重視する分野で,直ちに活用されると期待できるとする。

研究グループはStayGoldをめぐる共同研究の枠組みをさらに拡げ,細胞外小胞エキソソームや染色体構造タンパク質などの動態解析を開始しているという。

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