偏光FRET法による細胞内アクチンのGF変換イメージング

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K06593
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 須河 光弘 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (80626383)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 矢島 潤一郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (00453499) ; 道上 達男 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (10282724)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アクチン / FRET / 偏光 / 構造多型

Outline of Annual Research Achievements

近年のアクチン研究により作業仮説「細胞内の重合化アクチンは、様々なアクチン結合タンパクが結合解離するのに伴ってアクチン分子の構造が変化し（構造多形性）、その構造変化が近傍のアクチンに伝播して、特定のアクチン結合タンパクに対する親和性が局所的に変化している（アロステリック効果）」が生まれた。しかし、従来のセルイメージング法ではこの作業仮説を検証できない。そこで、開発課題「細胞内のアクチンの構造変化を１分子レベルでイメージングできるイメージング技術」が生まれた。この課題に対し、申請者が開発した偏光FRET法をライブセルイメージングに応用して、細胞内でのアクチンの局在、運動、配向そしてGF変換に伴う構造変化を計測することで、開発課題をクリアし、作業仮説を検証することを目指した。そこで、偏光FRET法を着想した。偏光FRET法は、FRETの理論に基づいて、偏光したドナーとアクセプターの相対角度の変化をFRETで捉える方法である。この方法であれば重合・脱重合に伴うアクチンの構造の「ねじれ」を検出することもできると期待された。蛍光を偏光させる方法は、αヘリックスにCys変異を２箇所導入し、SH 基反応性のbifucntional dyeを修飾するというものである。これまでの研究でCy5(Cy3)-bis-maleimideを合成し、これらの蛍光色素を修飾したアクチン（偏光FRETアクチン）を作成し、偏光FRETアクチンをHeLa細胞内にエレクトロポレーションで導入して、ライブセルイメージングを行うことに成功した。蛍光偏光の安定性など解決すべき課題が残っているものの一定の成果は得られたと考えている。