多基質・多酵素の共進化で実現する人工多色生物発光システムのバリエーション増加

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14361
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 岩野 智 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 (10734832)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 生物発光 / 直交性 / 基質 / 酵素 / イメージング

研究成果の概要

ホタル生物発光反応に基づく同時使用可能なマルチカラー人工生物発光反応の開発を目指し，研究を行った．結果，直交する青色基質/青用酵素と赤色基質/赤用酵素という2つのペアの開発に成功し，培養細胞を利用した２色の発光イメージングに成功した．観察の結果，培養細胞レベルでも，使用可能な明るさで，かつ，独立して利用できることから，実用性の高い技術の基盤となるであろう．現在，緑色基質に対応した緑用酵素の開発を進めている．

自由記述の分野

ケミカルバイオロジー

研究成果の学術的意義や社会的意義

生物発光イメージング技術開発が行われているが，一つの課題として，同時利用可能な生物発光システムが少ないことがある．自然界に存在する発光生物の発光メカニズム解明から実用に至るプロセスには膨大な時間を必要とする．そのため生物発光システムのバリエーションが短期間で増加するというのは考えにくい．
本研究でホタルルシフェリンの構造改変により，開発したルシフェリンアナログライブラリに対し，特異性を高めた酵素変異体を作製し，直交する生物発光反応を人工的に創出する事ができた．今後，人工基質/人工酵素のペアをどんどん創出する事で，生物発光システムのバリエーションを飛躍的に増加させるという方向性を示すことができた．