追従性の高いレポーター遺伝子となる早熟な蛍光タンパク質の開発

• 研究課題/領域番号: 20K05717
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分37010:生体関連化学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 新野 祐介 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (10584584)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 蛍光タンパク質 / レポーター遺伝子 / 蛍光イメージング / タンパク質工学

研究開始時の研究の概要

下村脩博士が発見したオワンクラゲ由来のGFPに代表される蛍光タンパク質は、そのペプチド自身を材料に、補因子なしに蛍光を生むことができる。そのためレポーター遺伝子として、遺伝子発現解析に広く利用されている。しかしその発色団形成に要する時間がタイムラグとなり、短時間の遺伝子発現変動を可視化するのは難しい。これまでに申請者は成熟の速い黄色蛍光タンパク質Achillesを開発しているが、本研究ではより早熟な蛍光タンパク質を開発するとともに、複数の遺伝子発現動態の同時観察を可能とするため、組み合わせて使用できる早熟なシアン色蛍光タンパク質を創出する。

研究成果の概要

申請者はこれまでに、成熟が速く追従性の高いレポーター遺伝子となる黄色蛍光タンパク質（YFP）Achillesを開発している。本研究では、そのさらなる早熟化と、複数の遺伝子発現動態の同時可視化を目指し、早熟なシアン色蛍光タンパク質（CFP）の開発を行った。これらの新規早熟YFP・CFPを用いてデュアルレポーターを構築し、蛍光観察およびフローサイトメトリーにより、個々の細胞における遺伝子発現二種の同時検出に成功した。また、新規早熟YFPに光安定性の向上も見出し、副産物として、既報の最も光安定なYFPよりもさらに褪色しにくいYFPを創出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

蛍光タンパク質は、遺伝子発現動態を調べるためのレポーター遺伝子として広く用いられているが、発光タンパク質と異なり、二光子励起顕微鏡による三次元的可視化やフローサイトメトリーによるハイスループット解析が可能である一方、発色団の成熟（特に酸化反応）に時間がかかるため、レポーターとしては追従性の低さが欠点となる。本研究では、酸化反応に特化した開発により早熟YFPをさらに早熟化し、また、組み合わせて利用可能な早熟CFPを新たに創出できた。より多種の遺伝子発現を同一細胞内で同時検出する展開が望まれるが、今後、本研究の開発スキームを活かした早熟蛍光タンパク質のさらなる多色化が期待できる。