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2018 年度 実施状況報告書

細胞内シグナルの多次元情報を獲得するマルチカラーバイオセンサー開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K01922
研究機関東京工業大学

研究代表者

北口 哲也  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (60432374)

研究分担者 坪井 貴司  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (80415231)
上田 宏  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60232758)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードグルコース / 蛍光タンパク質
研究実績の概要

本年度はATPセンサーの開発とマルチカラー化に取り組んだ。青色、緑色、赤色の蛍光タンパク質に枯草菌のATP合成酵素のεサブユニットのATP結合ドメインを挿入し、蛍光タンパク質とATP結合ドメイン間のリンカーの長さやアミノ酸配列を最適化することにより、3色のセンサーの開発に成功した。この青緑赤のセンサーはATP添加により、それぞれ蛍光輝度が90%、390%、350%増加する。
このセンサーの開発に成功したことにより、同じ細胞内の異なる細胞内小器官でのATP動態を可視化することが可能となった。HeLa細胞の細胞質に緑色、ミトコンドリアに赤色のATPセンサーを発現させ、ミトコンドリアのATP産生を阻害するオリゴマイシンで刺激したところ、ミトコンドリアのATP濃度の低下と、細胞質でのATP濃度の上昇が観察された。この現象は、HeLa細胞ではミトコンドリアでのATP産生が阻害されると、それを補うために解糖系が促進されるため引き起こされると考えられた。
さらにATPとそれ以外のシグナルとの同時可視化に挑戦した。褐色脂肪細胞の細胞質に青色カルシムセンサーと緑色cAMPセンサー、ミトコンドリアに赤色ATPセンサーを発現させ、βアドレナリン受容体のアゴニストであるイソプロテレノールを添加し、熱産生刺激をしたところ、まずcAMPが上昇し、続いてミトコンドリア内のATPが低下、最後にカルシウムが上昇する様子を可視化することができた。これはこれまで提案されてきた熱産生のシグナルカスケードを初めて同時に観察した例である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

ATPセンサーのマルチカラー化だけでなく、緑色cGMPセンサーの開発や、cAMPセンサーの赤色化に成功している。さらにグルコースセンサー、ピルビン酸センサーの開発も近い。

今後の研究の推進方策

cAMP、cGMP、ATPのセンサー開発に成功している。さらにグルコース、ピルビン酸のセンサーの開発とマルチカラー化に取り組む

次年度使用額が生じた理由

予想よりも順調にセンサー開発が進んだため、消耗品費を節約することができた。
本研究課題で提案したセンサーの多色化は達成できているが、さらに多くのセンサーの多色化を達成しつつある。次年度使用の研究費は、論文投稿料、英文校閲料、追加実験のための消耗品代に使う。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件)

  • [国際共同研究] National University of Singapore/Temasek Life Sciences Laboratory(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      National University of Singapore/Temasek Life Sciences Laboratory
  • [国際共同研究] Harvard University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Harvard University
  • [雑誌論文] RGB-Color Intensiometric Indicators to Visualize Spatiotemporal Dynamics of ATP in Single Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Arai Satoshi、Kriszt R?kus、Harada Kazuki、Looi Liang-Sheng、Matsuda Shogo、Wongso Devina、Suo Satoshi、Ishiura Shoichi、Tseng Yu-Hua、Raghunath Michael、Ito Toshiro、Tsuboi Takashi、Kitaguchi Tetsuya
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 57 ページ: 10873~10878

    • DOI

      10.1002/anie.201804304

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Single fluorescent protein-based sensors visualize dynamics of glucose by live cell imaging.2018

    • 著者名/発表者名
      Marie Mita, Motoki Ito, Kazuki Harada, Izumi Sugawara, Hiroshi Ueda, Takashi Tsuboi and Tetsuya Kitaguchi.
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 赤色蛍光タンパク質を用いたcGMP蛍光センサーの生細胞イメージングへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      石田りか、三田真理恵、原田一貴、上田宏、北口哲也、坪井貴司
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 赤色蛍光グルコースセンサーによる細胞内グルコース動態の可視化2018

    • 著者名/発表者名
      菅原和、伊藤幹、三田真理恵、上田宏、坪井貴司、北口哲也
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 緑色蛍光タンパク質を用いたピルビン酸センサーの開発2018

    • 著者名/発表者名
      早坂優希、上田宏、北口哲也、坪井貴司
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Turn-on型の高輝度変化率を有する緑色cAMPセンサーの開発2018

    • 著者名/発表者名
      相木彩希、上田宏、北口哲也、坪井貴司
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 抗体を分子認識ドメインとする遺伝子コード型蛍光タンパク質プローブの開発2018

    • 著者名/発表者名
      相原寛史、Devina Wongso、董金華、上田宏、北口哲也
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会

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公開日: 2019-12-27  

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