2023 Fiscal Year Annual Research Report
Challenge toward development an artificial tool for cellular liquid-liquid phase separation by using optical condensation
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22K20512
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
豊内 秀一 大阪公立大学, 研究推進機構, 特任講師 (40851382)
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2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 細胞内液液相分離 / 光圧 / 光濃縮 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞内液液相分離(LLPS)によって形成される非膜オルガネラが様々な生体現象に関わっていることが示され大きな注目を集めている。一方で、人工的にLLPSを高い時空間分解能で確実に捉える方法は確立されているとは言えない。そこで本研究課題では、光圧によるタンパク質の局所的光濃縮を利用し、細胞内LLPSを「狙った位置」かつ「狙った時間」に引き起こす新しい人工LLPSツールの開拓を目指している。リゾチーム（LYZ）とウシ血清アルブミン（BSA）をモデルタンパク質とし、気液界面での光濃縮によってタンパク質のLLPS誘起が可能か検証した結果、光濃縮によって過渡的かつ局所的な高濃度ドメインが形成される事を明らかとした。この高濃度ドメインの境界部分では、タンパク質の濃度差が観測されないなど、通常の熱力学的なLLPSとは異なる、光濃縮下特異的なLLPSである事を明らかとした（S. Toyouchi et al. APEX 2023）。次年度では、細胞内での光濃縮誘起LLPSの実証に向けて、緩衝液の使用および塩添加の条件での光濃縮を検討した。その結果、光濃縮によって過渡的な高濃度ドメインが形成される事が確認され、ドメイン境界部分の内外で明確な濃度を持つ熱力学的なLLPS挙動を示す事が分かった。この溶液組成の違いによるLLPS挙動の違いについてより詳細な研究が必要である。また、これまで研究では光濃縮誘起LLPSは気液界面でのみ観測されていたが、気液界面以外の環境での光濃縮誘起LLPSの実現に向けて、タンパク質修飾微粒子の使用を検討した。固液界面でタンパク質溶液中のタンパク質修飾微粒子を光濃縮した結果、微粒子周辺にタンパク質の高濃度ドメインが形成された事を示唆する結果が得られた。以上、研究期間全体を通して、光濃縮を用いた新しい人工細胞内LLPSツール開拓の目標達成に向けた知見を得た。
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