[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. 異なる“かたち”が共存するキメラ型超分子コポリマーを造る
  2. 1と2の中間のハナシ
  3. 化学者が麻薬を合成する?:Breaking Bad
  4. ルィセンコ騒動のはなし(前編)
  5. 元素川柳コンテスト募集中!
  6. 文具に凝るといふことを化学者もしてみむとてするなり⑯:骨伝導ヘッ…
  7. ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2024年版】
  8. 推進者・企画者のためのマテリアルズ・インフォマティクスの組織推進…

注目情報

ピックアップ記事

  1. クロスカップリングの研究年表
  2. サイエンスアゴラ2014総括
  3. 「理研よこはまサイエンスカフェ」に参加してみた
  4. 池袋PARCOで「におい展」開催
  5. 辻・ウィルキンソン 脱カルボニル化反応 Tsuji-Wilkinson Decarbonylation
  6. 糖のC-2位アリール化は甘くない
  7. 製薬各社 2010年度 第1四半期決算を発表
  8. 脳を透明化する手法をまとめてみた
  9. さよならGoogleリーダー!そして次へ…
  10. 総収率57%! 超効率的なタミフルの全合成

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

「MI×データ科学」コース 〜LLM・自動実験・計算・画像とベイズ最適化ハンズオン〜

1 開講期間2026年5月26日(火)、29日(金) 計2日間2 コースのねらい、特色近…

材料の数理モデリング – マルチスケール材料シミュレーション –

材料の数理モデリング概要材料科学分野におけるシミュレーションを「マルチスケール」で理解するた…

第59回天然物化学談話会@宮崎(7/8~10)

ごあいさつ天然物化学談話会は、全国の天然物化学および有機合成化学を研究する大学生…

トッド・ハイスター Todd K. Hyster

トッド・カート・ハイスター(Todd Kurt Hyster、1985年10月10日–)はアメリカ出…

“最難関アリル化”を劇的に加速する固定化触媒の開発

第 703回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院 理工学府 博士課程前期で…

「ニューモダリティと有機合成化学」 第5回公開講演会

従来の低分子、抗体だけでなく、核酸、ペプチド、あるいはその複合体(例えばADC(抗体薬物複合体))、…

溶融する半導体配位高分子の開発に成功!~MOFの成形加工性の向上に期待~

第702回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理学部(田中研究室)にて助教をされていた秋吉亮平 …

ミン・ユー・ガイ Ming-Yu Ngai

魏明宇(Ming-Yu Ngai、1981年X月XX日–)は米国の有機化学者である。米国パデュー大学…

第55回複素環化学討論会

複素環化学討論会は、「複素環の合成、反応、構造および物性」をテーマとして、化学・薬学・農芸化学など幅…

逐次的脱芳香族化と光環化付加で挑む!Annotinolide B初の全合成

Annotinolide Bの初の全合成が報告された。キノリンの逐次的な脱芳香族化と分子内光環化付加…

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