Development of molecular fluorescent probes for plasma membrane tension

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14725
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 辻田 和也 神戸大学, バイオシグナル総合研究センター, 講師 (10457054)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 細胞膜の張力 / BARドメイン

Outline of Annual Research Achievements

細胞膜の力学的性質である膜張力は、細胞膜の変形を伴う細胞運動や細胞分裂等の細胞膜の変形を伴う動的な細胞機能を理解するうえで、必須な要素である。実際に、近年の研究により、細胞膜の張力という物理的なシグナルが、細胞運動、細胞分裂、極性形成、発生等の基本的な生命現象を制御していることが明らかになりつつある。しかしながら、細胞膜の張力を可視化するプローブが存在しないため、細胞膜の張力がどのように、時空間的にこれらの生命現象を制御しているのか全く明らかではない。本研究では、細胞膜の張力を可視化するプローブを開発することを目的としている。細胞膜を曲げる活性をもつBARドメインに着目し、細胞膜張力のプローブとして適しているBARタンパク質の選定を行い、5種のBARドメインを候補とした。これらのGFP融合タンパク質を作製し、哺乳類培養細胞に発現させ、浸透圧を変えることにより、細胞膜張力を操作し、張力変化に応答するBARドメインを同定した。さらに、細胞伸展装置を用いて、機械的に細胞膜を伸ばすことにより膜張力を機械的に増加させた場合、このBARドメインは細胞膜から外れることを確認した。このGFP-BARドメインを細胞膜張力の低い部位を認識する(low membrane tension sensor)プローブとした。そして、この蛍光プローブを用いて、イメージングを行った結果、細胞膜の張力の変動を伴う伸展・退縮に応答して、ダイナミックに局在することが分かり、この蛍光プローブが細胞膜張力の変動を直接感知していることが考えられた。今後は、この膜張力プローブをゼブラフィッシュの発生等in vivoイメージングに応用して、生体内における細胞膜張力の変動を可視化することを目指す。