| 研究領域 | 生体分子工学と低物理エネルギーロジスティクスの融合による次世代非侵襲深部生体操作 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05757
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅲ)
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
今村 博臣 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (20422545)
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| 研究期間 (年度) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
38,090千円 (直接経費: 29,300千円、間接経費: 8,790千円)
2022年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
2020年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
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| キーワード | 色素タンパク質 / 光熱変換 / レーザー / カルシウム / TRPチャネル / 蛍光タンパク質 / 温度生物学 / オプトジェネティクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞の機能を高い標的特異性と時間分解能で制御することは、細胞～個体レベルでの生命現象を理解するために極めて有効であり、将来的な医療への応用も期待される。本研究では、ナノサイズのヒーターによって温度の高い微小環境を作り出せることを実証するとともに、ナノヒーターから生じた熱を温度感受性チャネルに伝えることでその開閉を制御する新しい制御ツールを開発し、熱を介した組織・生体レベルの細胞機能の制御法を確立することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
色素タンパク質へのレーザー照射によって発生する熱によって温度感受性チャネルの開口を誘導する技術の開発をおこなった。まず、色素タンパク質ShadowRが実際にナノサイズの分子ヒーターとして利用可能なことを、温度感受性の青色蛍光タンパク質Siriusを用いて確認した。温度感受性チャネルTRPV4にShadowRを挿入した融合タンパク質を培養細胞に発現させ、ShadowRが吸収する波長のレーザーを照射したところ、TRPV4チャネルの開口によるカルシウムイオンの流入が観察された。一方で、レーザーの照射を停止させてもカルシウムイオンの流入が止まらないなど、光熱変換による制御には課題が残された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年、光によって細胞機能を操作する「光遺伝学（オプトジェネティクス）」という手法が盛んに開発され、基礎研究分野で利用されている。従来の光遺伝学では光によって機能が変わるタンパク質を利用する。今回の研究では、色素タンパク質の光熱変換によって光を局所的な熱に変換し、その熱を熱感受性タンパク質に伝えることで細胞機能を制御できることを示した。このような細胞操作技術は従来にないものであり、色素タンパク質と熱感受性タンパク質の組み合わせを変えることで多様な細胞制御が可能になるかもしれない。
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