超解像イメージングを革新する蛍光プローブの創製

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03833
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐藤 守俊 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (00323501)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 蛍光 / イメージング / 細胞 / 超高解像度 / タンパク質

Outline of Annual Research Achievements

1990年代の中期以降，GFPをはじめとする蛍光タンパク質は，生命科学研究の目覚ましい発展に大きく貢献してきた．さらに，2000年代初頭に開発されたPA-GFP，Kaede，Dronpaに代表される光活性化型の蛍光タンパク質（photoactivatable fluorescent protein: paFP）は，光照射で蛍光のスイッチング（点灯や変色，点滅）を自由自在にコントロールできるため，既存の蛍光タンパク質では不可能だった新しい技術分野を開拓した．その最たるものが，photoactivated localization microscopy（PALM）と呼ばれる超解像イメージング技術（2014年ノーベル化学賞）である．Eric Betzigらは2006年，蛍光タンパク質の代わりにpaFPを用いて，かつ同時に光るpaFPの分子数が著しく少なくなるように撮影条件を設定することにより，光の回折による影響を回避して超解像イメージングを実現できることを実証した．paFPを用いた超解像イメージング技術（PALM）は，空間分解能については従来技術を遥かに凌ぐ一方で，当該技術には大きな課題が残っている．現状の技術では細胞の超解像画像を１枚から数枚しか撮影できず，細胞を生かしたまま長時間にわたって撮影し続けるのは不可能なのだ．本研究ではこの問題を解決するために，従来にない蛍光プローブの開発研究を行う．
平成27年度には，先行研究で取得した候補物質の蛍光強度を高めるため，その発色団近傍に集中的にアミノ酸変異を導入した．生成した変異体をそれぞれ発現する大腸菌を寒天培地で培養してコロニーを形成させ，その蛍光強度をCCDカメラで可視的にスクリーニングして大幅に輝度が向上した変異体を含む大腸菌コロニーを単離した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

概ね順調に進展している．

Strategy for Future Research Activity

平成28年度には，平成27年度までに取得した変異体について，培養細胞レベルでの検討を通じて，その蛍光強度，スイッチング特性の評価を行う．さらに，超解像イメージングでの評価を行う．この段階で十分な性能を示す場合は，変異体に細胞接着斑のタンパク質を連結するなどして，超解像イメージングでの評価を継続する．なお，蛍光強度等の問題で超解像イメージングにおいて十分な性能を示さなかった場合には，アミノ酸変異導入と変異体の高速スクリーニングのステージに立ち戻って蛍光強度等の向上した変異体の開発を行う．