1細胞内温度を司る細胞内熱移動の分子機構の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

1細胞温度計測技術により，細胞内の温度が細胞機能と連関して時空間的に変動することや，それらが細胞の内因的な熱産生により制御される可能性が示されてきた。これらの一連の発見は，細胞内にて発生した熱が瞬時に細胞外に移動しないこと，即ち，細胞内が熱力学的に特殊な環境であることを示唆していたが，そのような知見は未だ限局される。本研究員は，2020年度の研究において，哺乳動物細胞内の熱移動が生体膜に豊富に含まれる脂質分子であるコレステロールにより抑制されていることを見出した。そこで，当該年度の研究では，このコレステロール依存的な細胞内熱移動をさらに解析するとともに，細胞内熱移動機構の生物学的意義の評価を遂行した。2020年度に構築した蛍光性ポリマー温度センサー（FPT）と蛍光寿命顕微鏡による1細胞温度計測法，並びに細胞内温度変化の実時間解析法により，細胞質における内因的（ミトコンドリア熱産生の活性化）・外因的（赤外レーザーによる人工加熱）な温度上昇がいずれもコレステロール依存性を有することを見出した。このことから，細胞内ではコレステロール依存的な熱移動の抑制機構により温度変動が実現されることが示唆された。また，異なる動物種に由来する培養細胞について，細胞内の熱移動を種々の環境温度にて解析した。その結果，細胞の熱力学的な特性の環境温度依存性，さらにその細胞種依存性が見出され，動物個体の環境温度への適応機構が1細胞レベルの熱力学的な特性により決定される可能性が示された。以上，本研究では哺乳動物細胞内におけるコレステロール依存的な熱移動機構，さらに，細胞内熱移動機構の環境温度・動物種それぞれへの依存性が示された。即ち， 1細胞内温度を司る熱力学的分子機序を発見するに留まらず，その生物学的重要性が見出された。