[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

細胞をすりつぶすと失われるもの

[スポンサーリンク]

タンパク質だけではなく、ビタミンでも医薬品物質でも、原理的にはすべての化合物の生体内分布を、生きたまま観察できる方法が、新たに開発されました。リボスイッチによる低分子化合物の生体イメージング技術とはいったいなんぞや?

目的の化合物が分解されないように手早く、しかし途中の過程でロスしたり他の画分から混ざりこんだりしてもいけない。細胞や組織のほんのひと区画から、目的の化合物を抽出し、多寡を定量することは、限界に挑戦しようとすれば誤差が大きくなり、信頼度は格段に下がってしまいます。いつ誰がどこでやっても同じ結論が導き出せるような科学の方法論としては、あまり好ましくない事態です。

そもそも、すりつぶすだけで分かることというものは、生化学(biochemistry)全盛の20世紀後半にほとんどやり尽くされています。呼吸や光合成など、最も普遍的で、最も基本的な生体反応の主要街道は、もうすでにアスファルトで舗装済みの状態になって久しいです。一方、すりつぶすだけではないプラスアルファの部分については、生体イメージング技術をはじめ、まだまだ未開の荒野が残っています。そのまま、生きたまま、インサイチュー(in situ)の情報は、すりつぶせば失われてしまいます。

 

すべての生命現象に関与すると表現しても過言ではない最重要な物質であるタンパク質については、すりつぶさなくても生体イメージングが可能であり、ご存じ緑色蛍光タンパク質(green fluorescent protein; GFP)など融合遺伝子産物の挙動を調べる方法がすでに確立されています。モノにもよりますが、使い勝手のよい大腸菌(Escherichia coli )・酵母菌(Saccharomyces cerevisiae )・培養細胞などの場合、1ヶ月もあれば遺伝子導入して実験系をゆうに確立できるでしょう。

しかし、このような方法で、容易に解析できる対象は、従来タンパク質に限られたことでした。ところが、タンパク質でなくても、ビタミンだろうと医薬品物質だろうとどんな化合物でも可能な生体イメージング技術が、ついに登場したのです[1]。

論文[1]より

論文[1]より

今回、紹介するリボスイッチによる低分子化合物の生体イメージングは、かつてケムステで紹介した記事『緑色蛍光タンパク質を真似してRNAを光らせる』の方法を発展させたものです。

以前の報告[2]で合成された蛍光試薬が図中の緑印です。この蛍光試薬はRNAと解離した単独の状態では、水分子による消光のため輝きません。しかし、RNAと結合した状態で、励起のための光を当てると、蛍光を出します。RNAならば何でもよいというわけではなく、この蛍光試薬の分子が結合するRNAの配列は特定の決まったものです。

蛍光試薬が結合する標的の配列と、定量したい分子のリボスイッチを隣り合わせて、配列を設計する点が、今回、報告[1]された生体イメージング技術のキーとなります。リボスイッチとは、化合物が結合することで、RNAの性質が変わるシステムのことです。実際に、S-アデノシルメチオニンと呼ばれる代謝産物の生体イメージングに成功しています。図中では紫印に相当します。

S-アデノシルメチオニン / 研究チームが独自に開発した蛍光試薬

S-アデノシルメチオニン / 研究チームが独自に開発した蛍光試薬

手順はというと、まず生体内で検出したい物質のリボスイッチと、蛍光試薬が結合する標的となるRNAの配列を、細胞に遺伝子導入します。これで準備は完了。図のように紫印の物質が結合すると、RNAの立体構造が変化し、はじめて蛍光試薬の分子も結合できるようになります。蛍光試薬を細胞に投与すると、紫印の物質の多寡が、蛍光の明暗に反映され、細胞内の分布が分かるという寸法です。

このリボスイッチには、自然のものだけでも多種多様なものが知られています。ビタミンやその誘導体として、チアミン二リン酸フラビンモノヌクレオチド・テトラヒドロ葉酸コバラミンモリブドプテリンなど。標準アミノ酸の、グリシンリジングルタミン酸。タンパク質を標的としたセカンドメッセンジャーとしても知られる環状二量体グアノシンモノリン酸。糖の1種であるグルコサミンリン酸。さらには、マグネシウムイオンフッ化物イオンなどなど。特異的な配列を持ったRNAに、これらの物質が結合することで、RNAの立体構造が変化します。そして、生体内では実際に、リボソームが近づきにくくなることで遺伝子の発現を調節するなど役割を果たしています。

人工の試験管内進化で得られたリボスイッチには、テトラサイクリン[3]をはじめいくつかが知られ、そもそも論文[2]で報告された蛍光試薬の分子と結合する配列も人工に選び出されたものです。どうしても作りたいと思えば、たいていの化合物のリボスイッチは、作ることができます。

論文[1]から論文[2]まで半年。タンパク質と異なり、立体構造の変化を予測しやすく配列をデザインして機能を操作しやすいRNAの性質を、蛍光試薬の使用方法に生かした鮮やかな報告だと思います。生きたままの観察が可能になることで、新たな分野が切り拓かれる日も近いかもしれません。

参考文献

  1. “Fluorescence Imaging of Cellular Metabolites with RNA” Jeremy S. Paige et al. Science 2012 DOI: 10.1126/science.1218298
  2. “RNA Mimics of Green Fluorescent Protein” Jeremy S. Paige et al. Science 2011 DOI: 10.1126/science.1207339
  3. “Crystal structure of an in vitro evolved tetracycline aptamer and artificial riboswitch” Hong Xiao et al. Chem. Biol. 2008 DOI: 10.1016/j.chembiol.2008.09.004 

関連書籍

[amazonjs asin=”4807908456″ locale=”JP” title=”ヴォート基礎生化学(第4版)”][amazonjs asin=”4774139963″ locale=”JP” title=”光る生き物 ~ここまで進んだバイオイメージング技術~ (知りたい!サイエンス)”]
Avatar photo

Green

投稿者の記事一覧

静岡で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 【チャンスは春だけ】フランスの博士課程に応募しよう!【給与付き】…
  2. 有賀先生に質問しよう!!【第29回ケムステVシンポ特別企画】
  3. センチメートルサイズで均一の有機分子薄膜をつくる!”…
  4. 有機合成化学協会誌2018年12月号:シアリダーゼ・Brook転…
  5. 構造式を美しく書くために【準備編】
  6. メタンハイドレートの化学
  7. 便秘薬の話
  8. 高懸濁試料のろ過に最適なGFXシリンジフィルターを試してみた

注目情報

ピックアップ記事

  1. 元素占いはいかが?
  2. 「オプトジェネティクス」はいかにして開発されたか
  3. 種子島沖海底泥火山における表層堆積物中の希ガスを用いた流体の起源深度の推定
  4. 祝!明治日本の産業革命遺産 世界遺産登録
  5. つぶれにくく元にも戻せる多孔性結晶の開発
  6. 窒素原子の導入がスイッチング分子の新たな機能を切り拓く!?
  7. シトクロムP450 BM3
  8. 呉羽化学、社名を「クレハ」に
  9. タミフルをどう作る?~インフルエンザ治療薬の合成~
  10. 年に一度の「事故」のおさらい

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2012年4月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30  

注目情報

最新記事

7th Compound Challengeが開催されます!【エントリー〆切:2026年03月02日】 集え、”腕に覚えあり”の合成化学者!!

メルク株式会社より全世界の合成化学者と競い合うイベント、7th Compound Challenge…

乙卯研究所【急募】 有機合成化学分野(研究テーマは自由)の研究員募集

乙卯研究所とは乙卯研究所は、1915年の設立以来、広く薬学の研究を行うことを主要事業とし、その研…

大森 建 Ken OHMORI

大森 建(おおもり けん, 1969年 02月 12日–)は、日本の有機合成化学者。東京科学大学(I…

西川俊夫 Toshio NISHIKAWA

西川俊夫(にしかわ としお、1962年6月1日-)は、日本の有機化学者である。名古屋大学大学院生命農…

市川聡 Satoshi ICHIKAWA

市川 聡(Satoshi Ichikawa, 1971年9月28日-)は、日本の有機化学者・創薬化学…

非侵襲で使えるpH計で水溶液中のpHを測ってみた!

今回は、知っているようで知らない、なんとなく分かっているようで実は測定が難しい pH計(pHセンサー…

有馬温泉で鉄イオン水溶液について学んできた【化学者が行く温泉巡りの旅】

有馬温泉の金泉は、塩化物濃度と鉄濃度が日本の温泉の中で最も高い温泉で、黄褐色を呈する温泉です。この記…

HPLCをPATツールに変換!オンラインHPLCシステム:DirectInject-LC

これまでの自動サンプリング技術多くの製薬・化学メーカーはその生産性向上のため、有…

MEDCHEM NEWS 34-4 号「新しいモダリティとして注目を浴びる分解創薬」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、新たにオープン…

圧力に依存して還元反応が進行!~シクロファン構造を活用した新機能~

第686回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院理学研究院化学部門 有機化学第一研究室(鈴木孝…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP