赤色蛍光タンパク質型cGMPセンサーの開発と多色イメージングへの応用 ――新たな蛍光色で細胞内のcGMP動態を可視化――研究成果

東京大学大学院総合文化研究科
東京工業大学科学技術創成研究院

発表者

滝澤 舞（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 博士課程（研究当時））
大須賀佑里（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 博士課程）
石田 りか（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 修士課程（研究当時））
北口 哲也（東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所 准教授）
坪井 貴司（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 教授）

 

発表のポイント

• 生命現象に必要不可欠な細胞内cGMP動態を可視化解析できる、赤色蛍光タンパク質センサーの開発に成功しました。
• 本研究で開発した蛍光タンパク質センサーは、cGMPに応答して蛍光輝度が約6.7倍に上昇します。また、別の細胞内分子を可視化するセンサーと併用することで、2色イメージングが可能です。
• 開発した蛍光タンパク質センサーを用いて、L-アルギニンによる消化管ホルモン分泌促進時の細胞内cGMP動態を明らかにしました。

 

発表概要

　東京大学大学院総合文化研究科の坪井貴司教授と滝澤舞大学院生（研究当時）、大須賀佑里大学院生、石田りか大学院生（研究当時）らは、東京工業大学科学技術創成研究院の北口哲也准教授らと共同で、細胞内セカンドメッセンジャーの一種であるcGMP（環状グアノシン一リン酸）を可視化できる、赤色cGMPセンサーRed cGull（Red cGMP visualizing fluorescent protein）の開発に成功しました。この研究成果は、2022年9月5日にCommunications Biology（オンライン版）に掲載されました。

　今回開発されたRed cGullは、赤色蛍光タンパク質mAppleを二分割し、その間にcGMP分解酵素（phosphodiesterase 5α, PDE5α）のcGMP結合ドメインを挿入した構造をもつ、蛍光タンパク質センサーです。mAppleとPDE5αの間のリンカーアミノ酸配列を最適化することで、cGMPに対する蛍光応答を調節しました。Red cGullはcGMPに応答して蛍光輝度が約6.7倍上昇します。

　Red cGullをヒトやマウスのさまざまな臓器由来の細胞に発現させ、蛍光顕微鏡によるイメージングを行うことで、細胞内のcGMP動態をリアルタイムで可視化解析することに成功しました。また、Ca2+特異的な緑色蛍光色素や、青色光活性型タンパク質と同時に使用することで、2色イメージングや光遺伝学ツールとの併用が可能であることを示しました。

　さらに、Red cGullをマウス小腸内分泌細胞株に発現させ、消化管ホルモン分泌時における細胞内cGMP動態について解析した結果、アミノ酸であるL-アルギニンが、一酸化窒素合成酵素を介して小腸内分泌細胞のcGMP産生を促すことを明らかにしました。

発表詳細は大学院総合文化研究科のページからご覧ください。

研究グループ

滝澤 舞（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 博士課程（研究当時））
大須賀佑里（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 博士課程）
石田 りか（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 修士課程（研究当時））
三田真理恵（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 博士課程（研究当時））
原田 一貴（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 助教）
上田 宏（東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所 教授）
北口 哲也（東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所 准教授）
坪井 貴司（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 教授）