阪大など、動的な細胞接触を捉える蛍光センサーを開発

大阪大学と三重大学は、細胞同士のダイナミックな接触をリアルタイムで可視化する新しい蛍光センサー「Gachapin」および「Gachapin-C」を開発した（ニュースリリース）。

多細胞生物において、細胞同士の接触は情報の受け渡しの現場であり、個体発生や免疫応答、神経ネットワークの構築において中心的な役割を果たす。特に神経細胞は、多くの突起を伸ばし他者と接触する一方で、自分自身の突起同士は適切に回避することで精緻な回路を形成する。

しかし、これまでの可視化手法（split-GFP技術）は、一度接触して光るとその状態が保持されてしまう不可逆性や、接触してから光りだすまでに時間がかかるという課題があり、ダイナミックな接触動態を正確に観察することは困難だった。

今回の研究では、二量体化によって蛍光強度が変化する蛍光タンパク質「ddGFP」を利用し、接触の形成と解消をそのまま追跡できる蛍光センサーの開発を目指した。

研究グループは、細胞膜表面に提示した2つのddGFP成分が、細胞同士が接触したときにのみ結合して蛍光を発する設計により、二成分型の接触センサー「Gachapin」を構築した。この名称は、分子設計に基づき名付けた「GPI-anchored cell–cell contact indicator by heterodimerization of ddGFP-A and ddFP-B proteins」の下線部分から取ったもの。

運動性の高い細胞でのタイムラプス観察により、接触の形成・解消がGachapinで追跡できること、split-GFP技術に基づく接触センサーでは同条件で接触解消が追跡しにくいことを示した。

また、Gachapinを他の蛍光センサーと併用することで、細胞接触のダイナミクスと、それに連動する細胞内の骨格構造や情報伝達の動きを同時に捉えることにも成功した。神経細胞においても、神経突起同士の接触部位でGachapinが特異的に光り、突起同士が触れては離れる動態を観察できることも示した。

さらに、研究グループは、たった1つの成分で機能する進化型センサー「Gachapin-C」の開発にも成功した。これは、細胞表面に存在する細胞接着分子の一部に、開発した蛍光センサーの部品を巧妙に組み込んだ設計となっている。

最適化により、接触していないときの不要な蛍光を極限まで抑え込む工夫が施されている。その結果、従来の技術では困難だった、1つの細胞から伸びる複雑な突起同士が触れ合う自己接触を鮮明に可視化することに成功した。

研究グループは、神経回路形成の鍵を握る動的な細胞接触や自己接触の可視化を通じ、生命現象の深い理解のみならず、その異常が関わる脳疾患のメカニズム解明や新たな治療戦略の創出への貢献に期待されるとしている。