[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. マイクロ波合成装置の最先端!
  2. 結晶データの登録・検索サービス(Access Structure…
  3. デルゴシチニブ(Delgocitinib)のはなし 日本発の非ス…
  4. 難分解性高分子を分解する画期的アプローチ:側鎖のC-H結合を活性…
  5. 常温・常圧で二酸化炭素から多孔性材料をつくる
  6. パラジウム錯体の酸化還元反応を利用した分子モーター
  7. Nature 創刊150周年記念シンポジウム:ポス…
  8. 書物から学ぶ有機化学 3

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第8回XAFS討論会
  2. ニュースタッフ追加
  3. Lindau Nobel Laureate Meeting 動画集のご紹介
  4. 反応機構を書いてみよう!~電子の矢印講座・その1~
  5. キラル金属光レドックス触媒の最前線を駆け抜けろ!触媒デザインの改良と生物活性天然物の前人未到の不斉全合成を同時に達成
  6. 偶然と観察と探求の成果:中毒解毒剤から窒素酸化物を窒素分子へ変換する分子へ!
  7. コーヒーブレイク
  8. かさ高い非天然α-アミノ酸の新規合成方法の開発とペプチドへの導入~中分子ペプチド医薬品開発に向けて~
  9. C70の中に水分子を閉じ込める
  10. 第4回CSJ化学フェスタに参加してきました!

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

条件の「前後」も実験条件である【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 物質理工学院(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

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