汎用的な一細胞アレイ化・画像解析・選別回収システムの構築と応用

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02319
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長棟 輝行 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20124373)
• 研究分担者: 河原 正浩 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50345097)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 高密度一細胞アレイ / 光選択的一細胞固定化 / 受容体の細胞内動態解析 / 受容体の細胞内動態シミュレーション / 受容体刺激による細胞動態解析

研究実績の概要

本研究では、一細胞アレイ化技術、一細胞選択的回収技術、膜受容体の部位特異的蛍光色素標識技術を基盤としたハイスループットかつ大規模な一細胞の画像解析・受容体動態のタイムラプス解析と細胞選別・回収のためのプラットフォームを構築し、広範な細胞工学分野へ応用することを目的とした
今年度は、炎症性疾患の創薬ターゲットとして注目されているGPCRであるG2A、OGR1とBLT-1の細胞内動態と細胞遊走性のタイムラプス解析を行うとともに、細胞膜領域と細胞質領域の２コンパートメントモデルに基づいて蛍光色素修飾GPCR動態のシミュレーション技術を開発した。G2A、OGR1は弱塩基性環境下で細胞内部に移行し、弱酸性環境下で細胞膜へ還流するが、シミュレーションによりGPCRの細胞内移行速度定数、細胞膜への還流速度定数を求めた結果、G2Aは弱酸性、弱塩基性のいずれの環境下でもこれらの速度定数は変化しないのに対して、OGR1の場合には弱塩基性環境下では弱酸性環境下と比較して細胞内移行速度定数、細胞膜への還流速度定数がともに約２倍と大きくなることを明らかにした。
LTB4（LeukotrieneB4）受容体であるBLT1もLTB4刺激により細胞内に内部移行するが、G2A、OGR1と比較してその内部移行量は少ないことを明らかにした。また、シミュレーションの結果、BLT1の細胞内移行速度定数、細胞膜への還流速度定数はG2A、OGR1と比較して数倍大きな値であり、これは、BLT1がリガンドの濃度勾配を検知するためにリガンドが解離したBLT1のターンオーバーを高く保っていることが原因と考察された。さらに、LTB4の濃度勾配を形成したマイクロチップの基板上に細胞をアレイ化して観察した結果、濃度勾配依存的な指向性をもった細胞形状変化およびBLT1の局在性変化を観察することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Stepwise phosphorylation of leukotriene B4 receptor 1 defines cellular responses to leukotriene B4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshimitsu Nakanishi, Modong Tan, Takako Ichiki, Asuka Inoue, Junichi Yoshihara, Naoto Maekawa, Itsuki Takenoshita, Keisuke Yanagida, Shinya Yamahira, Satoshi Yamaguchi, Junken Aoki, Teruyuki Nagamune, Takehiko Yokomizo, Takao Shimizu, Motonao Nakamura
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time monitoring of pH-dependent intracellular trafficking of ovarian cancer G protein-coupled receptor 1 in living leukocytes (2018)
  • 著者名/発表者名: Modong Tan, Satoshi Yamaguchi, Motonao Nakamura, Teruyuki Nagamune
  • 雑誌名: ournal of Bioscience and Bioengineering 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.03.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissection of signaling events downstream of the c-Mpl receptor in murine hematopoietic stem cells via motif-engineered chimeric receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Saka, Chen-Yi Lai, Masanori Nojima, Masahiro Kawahara, Makoto Otsu, Hiromitsu Nakauchi, Teruyuki Nagamune
  • 雑誌名: Stem Cell Rev and Rep 巻: 14 ページ: 101-109
  • DOI: 10.1007/s12015-017-9768-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-surface expression levels are important for fine-tuning the performance of receptor tyrosine kinase-based signalobodies (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideto Nakabayashi, Masahiro Kawahara,Teruyuki Nagamune
  • 雑誌名: Biotechnology Journal 巻: 12 ページ: 1700441
  • DOI: 10.1002/biot.201700441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative image cytometry for analyzing intracellular trafficking of G protein-coupled receptors on a chemical-trapping single cell array (2017)
  • 著者名/発表者名: Modong Tan, Satoshi Yamaguchi, Shinya Yamahira, Motonao Nakamura, Teruyuki Nagamune
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 17 ページ: 933-1938
  • DOI: 10.1039/C7LC00198C
  • 査読あり
• [学会発表] Platform for Dynamic Micro-patterning and Sorting of Mammalian Cells and its Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Nagamune
  • 学会等名: 2017 KSBB Spring Meeting and International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Platform for Dynamic Micro-Patterning of Mammalian Cells and Its Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Nagamune, Shinya Yamahira, Satoshi Yamaguchi
  • 学会等名: 2017 Tsinghua-Todai Joint Workshop for Frontiers in Bioengineering and Biomedical Engineering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamic Micro-Patterning and Sorting Technology for Single Cell Analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Nagamune, Shinya Yamahira and Satoshi Yamaguchi
  • 学会等名: Dynamic Micro-Patterning and Sorting Technology for Single Cell Analysis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 一細胞回収を指向した新規光分解性ＰＥＧ脂質共重合体の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中宿優太, 山平真也, 山口哲志, 金野智浩, 石原一彦, 長棟輝行
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会