[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

単一分子を検出可能な5色の高光度化学発光タンパク質の開発

[スポンサーリンク]

第76回のスポットライトリサーチは、大阪大学産業科学研究所永井研究室鈴木和志さんにお願いしました。

永井研究室では、細胞や個体における刺激受容から形態変化までの一連の現象に関わるメカニズム及びシステムに関する研究が行われています。遺伝子工学、蛍光・発光科学、顕微鏡技術の三拍子を持ち合わせていることが特徴で、物理・化学・生物の境界を超えた、オリジナリティある研究が高いレベルで展開されている印象を受けます。

2012年に永井研究室では、nano-lantern (ナノ-ランタン)と名付けられた黄緑色の超高輝度発光タンパク質が開発されました[1]。ナノ-ランタンは従来の化学発光プローブに比べ10倍以上も明るく、感度の高いカメラ等を必要とすることなく発光を検出することが可能になりました。また、ナノ-ランタンを改変してCa2+やcAMP、ATPを検出できる発光プローブの開発にも成功しています。2015年には青緑(シアン)色およびオレンジ色の超高光度発光ナノ-ランタンも開発されています[2]。そして今回、これらの続報という形で、単一タンパク質分子を検出可能な高光度マルチカラーナノ-ランタンの開発が報告されました。

Kazushi Suzuki, Taichi Kimura, Hajime Shinoda, Guirong Bai, Matthew J. Daniels, Yoshiyuki Arai, Masahiro Nakano and Takeharu Nagai

Five color variants of bright luminescent protein for real-time multicolor bioimaging

Nat. Commun. 2016, 7, 13718. DOI: 10.1038/ncomms13718

プレスリリースの発表に伴い、筆頭著者である鈴木さんに研究紹介を依頼しました。研究室を主宰しておられる永井健治教授は、鈴木さんを以下のように評しておられます。

鈴木君は修士課程では有機合成化学を修め、博士課程から私の研究室に入った学生です。彼には、当研究室が長年取り組んできた大きなテーマの1つである高光度化学発光タンパク質の開発に携わってもらい、化学的に洞察に溢れ、今後の生命科学に大きく貢献する独自性の高い論文として仕上げてくれました。

これは、彼の修士研究で培った化学への深い知識と好奇心があったからこそ成し得た事だと確信しております。彼は本成果を基に3月には博士号を取得する見込みです。学生時代に学んだ化学と生命科学を武器に、彼が今後どんな研究を展開するのかが楽しみでなりません。

博士号取得おめでとうございます!というわけで、鈴木さんによる研究紹介をお楽しみください。

Q1. 今回のプレスリリース対象となったのはどんな研究ですか?

酵素活性の高い化学発光タンパク質と5種類の異なる蛍光タンパク質をハイブリッド化することにより、従来のものより2倍から10倍明るく、水色、緑色、黄緑色、橙色、赤色に発光するタンパク質enhanced Nano-lantern (増強型ナノ・ランタン)を開発しました(図1)。5色の増強型ナノ・ランタンが完成したことにより、細胞内の5つの微細な構造を同時に計測することに成功しました(図2右)。また、増強型ナノ・ランタンを用いることで、1個単位のタンパク質分子の結合・解離を化学発光で検出することに世界で初めて成功しました(図2左)。これまで、このような計測は蛍光タンパク質を用いて真夏の日光の何倍もの強度の光を照射しながら行われており、自家蛍光や光毒性の影響が問題になっていました。増強型ナノ・ランタンは、外部からの励起光を必要としないため、自家蛍光や光毒性の影響を全く受けません。従って、これら化学発光タンパク質は細胞をより生理的な状態で実時間計測イメージングすることが可能となり、生命科学研究に大きな貢献が期待されます。

図1:試験管内に入れた5色の増強型ナノ-ランタンに発光物質ルシフェリンを添加し撮影された写真

図2:左:単一増強型ナノ・ランタン分子からの化学発光画像の3次元擬似カラー表示。矢印で示したのが、単一分子からのシグナル。右は、増強型ナノ・ランタン色変異体を用いて取得した5種類の細胞内構造体の化学発光画像。スケールバーは10μm。

 

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

この研究テーマに取り組む中で最も工夫したところは、”どのように蛍光イメージングに対する優位性を示すか”という点でした。ただ明るい5色の化学発光タンパク質を開発しただけでは、蛍光イメージングが主流となっている生命科学研究領域に対してインパクトのある研究成果とは言えません。そこで、蛍光観察に必要な励起光が問題となる高速な生命現象や単分子計測に目をつけて、実験をデザインしました。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

最も難しかった実験は、単一分子発光の実験でした。指導教官から単一分子からの発光検出を提案いただき、最初は懐疑的であった私はしぶしぶ実験を行いました。結果は、意外な事にポツポツと輝点が存在する画像を得られ、実験前の疑念はどこ吹く風といった具合に、大いに喜びました。しかし、そこである疑問が浮かびました。

「これらの輝点は、本当に単一分子からの発光か?」

得られた輝点が凝集したタンパク質由来ではなく、単一分子由来であることを示す根拠がありませんでした。一時は論文からデータを引き下げることも考えましたが、連続画像を何気なく再生していた時に輝点がデジタル的に明滅を繰り返していることを発見しました。これをきっかけに、明滅が単一分子のガラス基板への結合と解離に対応することがわかり、速度論的な考察と合わせて、単一分子からの発光であるという根拠を示すことが出来ました。このデータはレビュアーから好評で、私の論文の大きな柱になったと思います。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

修士課程では有機蛍光色素の合成 (Chem. Commun., 2012, 48, 765.)[3]、博士後期課程では化学発光タンパク質プローブの開発に取り組んできました。思い返してみると、私の博士課程は化学という基本原理に基づく分子プローブを探究してきたのだと感じました。その中で強く感じたのは、現在の分子プローブの用途は非常に限定的であり、圧倒的に汎用性が足りないことでした。将来は、様々な生命現象に適用できる新しく汎用的な化学のコンセプトを打ち出していこうと思います。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

最後まで読んでいただいて、ありがとうございます。私は博士後期課程から研究室・研究手法をがらりと変えたため、成果を出し論文化にこぎつけるまでに長い時間を要してしまいました。オーバードクターになり、生活が困窮を極め、朝昼晩パスタを茹でで食べる生活をしていたときは、かなり精神的に堪えました。それでも、新しい分野に飛び込んだことで研究の視野が大きく広がり、研究者としてプラスになったと思っています。なので、若い研究者は自分の研究分野に固執せずに、どんどん新しいことに挑戦しましょう。

参考文献

  1. Saito, K.; Chang, Yu-Fen.; Horikawa, K.; Hatsugai, N.; Higuchi, Y.; Hashida, M.; Yoshida, Y.; Matsuda, T.; Arai, Y.; Nagai, T. Nature commun. 20123, 1262. DOI: 10.1038/ncomms2248
  2. Takai, A.; Nakano, M.; Saito, K.; Haruno, R.; Watanabe, TM.; Ohyanagi, T.; Jin, T.; Okada, Y.; Nagai, T. Proc. Natl. Acad. Sci. USA2015112, 4352. DOI: 10.1073/pnas.1418468112
  3. Suzuki, K.; Ubukata, T.; Yokohama, Y. Chem. Commun.201248, 765. DOI: 10.1039/C1CC16516J

研究者の略歴

鈴木 和志(すずき かずし)

所属:大阪大学大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 生物工学コース 永井研究室 博士後期課程3年
研究テーマ:マルチカラー高光度発光タンパク質の開発と生命科学研究への応用

略歴:
1986年 神奈川県横浜市生まれ
2010年3月 横浜国立大学 工学部 物質工学科 卒業
2012年3月 横浜国立大学大学院 工学府 機能発現工学専攻 博士前期課程修了 (横山泰研究室)
2017年3月 大阪大学大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 生物工学コース 博士後期課程 修了見込み
受賞歴:第20回産研国際シンポジウム&第15回産研ナノテク国際シンポジウム ポスター賞

 

Avatar photo

めぐ

投稿者の記事一覧

博士(理学)。大学教員。娘の育児に奮闘しつつも、分子の世界に思いを馳せる日々。

関連記事

  1. 理想のフェノール合成を目指して~ベンゼンからフェノールへの直接変…
  2. フェノールのC–O結合をぶった切る
  3. 即戦力のコンパクトFTIR:IRSpirit
  4. 二酸化塩素と光でプラスチック表面を機能化
  5. 書類選考は3分で決まる!面接に進める人、進めない人
  6. 【悲報】HGS 分子構造模型 入手不能に
  7. Reaxys体験レポート反応検索編
  8. 生きた細胞内でケイ素と炭素がはじめて結合!

注目情報

ピックアップ記事

  1. 市村賞受賞記念フォーラム開催
  2. 博士課程学生の経済事情
  3. 材料開発の未来を語る、マテリアルズ・インフォマティクスに特化したカンファレンスが9/26(火)開催!
  4. ターボグリニャール試薬
  5. 理研、放射性同位体アスタチンの大量製造法を開発
  6. ケムステイブニングミキサー2017へ参加しよう!
  7. 海洋エアロゾル成分の真の光吸収効率の決定
  8. なぜあなたは論文が書けないのか
  9. Ti触媒、結合切って繋げて二刀流!!アルコールの脱ラセミ化反応
  10. バンバーガー転位 Bamberger Rearrangement

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年1月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

最新記事

ダイヤモンド半導体について調査結果を発表

この程、TPCマーケティングリサーチ株式会社(本社=大阪市西区、代表取締役社長=松本竜馬)は、究極の…

有機合成化学協会誌2025年6月号:カルボラン触媒・水中有機反応・芳香族カルボン酸の位置選択的変換・C(sp2)-H官能基化・カルビン錯体

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年6月号がオンラインで公開されています。…

【日産化学 27卒】 【7/10(木)開催】START your ChemiSTORY あなたの化学をさがす 研究職限定 Chem-Talks オンライン大座談会

現役研究者18名・内定者(26卒)9名が参加!日産化学について・就職活動の進め方・研究職のキャリアに…

データ駆動型生成AIの限界に迫る!生成AIで信頼性の高い分子設計へ

第663回のスポットライトリサーチは、横浜市立大学大学院 生命医科学研究科(生命情報科学研究室)博士…

MDSのはなし 骨髄異形成症候群とそのお薬の開発状況 その2

Tshozoです。前回はMDSについての簡易な情報と歴史と原因を述べるだけで終わってしまったので…

水-有機溶媒の二液相間電子伝達により進行する人工光合成反応

第662回のスポットライトリサーチは、京都大学 大学院工学研究科 物質エネルギー化学専攻 阿部竜研究…

ケムステイブニングミキサー 2025 報告

3月26日から29日の日本化学会第105春季年会に参加されたみなさま、おつかれさまでした!運営に…

【テーマ別ショートウェビナー】今こそ変革の時!マイクロ波が拓く脱炭素時代のプロセス革新

■ウェビナー概要プロセスの脱炭素化及び効率化のキーテクノロジーである”マイクロ波…

予期せぬパラジウム移動を経る環化反応でベンゾヘテロールを作る

1,2-Pd移動を含む予期せぬ連続反応として進行することがわかり、高収率で生成物が得られた。 合…

【27卒】太陽HD研究開発 1day仕事体験

太陽HDでの研究開発職を体感してみませんか?私たちの研究活動についてより近くで体験していただく場…

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