2012 Fiscal Year Annual Research Report
Visualizing biological functions at many different scales
| Project Area | Mutli-dimensional fluorescence live imaging of cellular function and molecular activity |
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| Project/Area Number |
22113003
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
宮脇 敦史 独立行政法人理化学研究所, 細胞機能探索技術開発チーム, チームリーダー (80251445)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
濱 裕 独立行政法人理化学研究所, 細胞機能探索技術開発チーム, 専門職研究員 (30261796)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | イメージング / 蛍光蛋白質 / 細胞周期 / 酸化プローブ / レチノイン酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レチノイン酸と結合するタンパク質（レチノイン酸受容体）のうち、レチノイン酸が結合する部分だけを取り出し、これに蛍光タンパク質を連結した蛍光プローブ「GEPRA（ゲプラ）」を開発、ゼブラフィッシュの胚の前後軸（頭尾軸）に沿ったレチノイン酸濃度勾配を可視化することに成功した。レチノイン酸は合成部位（胚の真ん中）と分解部位（胚の両端）に挟まれた領域でほぼ直線的に分布しており、シミュレーションにより、レチノイン酸が胚の中で素早く拡散することが示唆された。興味深いことに、こうした直線的な濃度勾配は、外から過剰のレチノイン酸を投与しても、あまり影響を受けないことが分かった。現在われわれは、GEPRAをマウスなどに適用し、哺乳類動物の体作りにおけるレチノイン酸の役割の研究に着手している。レチノイン酸はヒトの体の中でリンパ球のホーミング現象や神経シナプスの可塑性に関与しており、これら組織・器官でのレチノイン酸動態を解析できると期待される。また、ヒトの皮膚病やがんの治療にビタミンAが用いられることがあるが、組織におけるレチノイン酸の濃度勾配が分かれば薬の投与方法に関する指針が得られるはずである。こうしたレチノイン酸動態を、個体レベル、細胞レベルで解析するための顕微鏡システムを構築するためにCCDカメラを購入した。またレチノイン酸の代謝酵素を定量するためにリアルタイムPCR機器を購入した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
GEPRAの開発によって、遺伝学的あるいは薬理学的な操作がレチノイン酸濃度勾配をどう攪乱し形態形成異常を引き起こすのかを、ゼブラフィッシュ胚を個体丸ごと生きたままで観察できるようになった。GEPRAを哺乳類の発生の解析に応用することを考えているが、組織が不透明性で、母体内で発生が進行することから個体レベルでの解析はかなり困難であると考えられる。むしろ、レチノイン酸が分化誘導試薬として使われていることを考慮し、iPS細胞技術を中心とする再生医療の分野にGEPRAを適用することを考えている。培養細胞集団から3次元的な組織を作り上げる過程で、レチノイン酸の濃度勾配を実測し制御する重要性を明らかにすることを考えている。さらに、レチノイン酸以外にも、組織内で勾配を形成していると思われる機能分子が多くあり、その中の数種についても濃度を可視化する技術が作製できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
個体発生過程における細胞周期進行の時空間的パターンの形成メカニズムをより多角的に解析することを目指す。生体内で起こるシグナル伝達を可視化するため、ＢｉＦＣ技術を応用し、蛋白質相互作用の一例としてBMPシグナリングを可視化するための新しいプローブを開発する。
新規蛍光タンパク質に改変を加え、より明るく速く安定に光る変異体を得ることを目指す。また、改良した蛍光タンパク質を用いて、既存の蛍光タンパク質では見ることが出来なかった細胞小器官の現象を明らかにする。
レチノイン酸の蛍光FRETセンサーGEPRAは自家蛍光の影響を受けることが多いので、ドナーに発光タンパク質を用いBRET型インディケータの作製を試みる。
今まで研究従事者として雇用していた2名が転出などの理由で、引きつづき課題に従事することが困難となったため、新たに2名を研究従事者として迎える。
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