単一細胞機能評価の新手法

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本研究は、単一細胞に対するストレスシグナルの定量的印加、それに対する細胞応答の計測、そのシグナル・応答の相関解析に基づく単一細胞機能評価法の確立を目的としている。前年度までに、ストレスとして電気的シグナル、電気化学的シグナル、熱シグナル、流れせん断応力シグナル、などを選び、要素技術開発と細胞機能解析を進めてきたが、本年度は最終年度にあたり、単一細胞実験法としてシステムの確立を達成した。具体的には、例えば、イネプロトプラスト単一細胞に対する電気的シグナルの定量的印加(実効膜電位の制御)、細胞応答(カルシウム流入、キチナーゼ遺伝子発現)のリアルタイム測定、単一細胞ナンバリングシステムによって、3-4日に渡る一続きの実験を、細胞毎に記録・相関解析できるようにした。そして「単一細胞操作支援ロボット」(特許出願中)という、世界に例のないユニークな概念の実験システムして結実させた。並行して、新しい電気的シグナル応答遺伝子の発見、電気的遺伝子発現のキー分子と考えられるカルシウムチャンネルのクローニングにも成功した。他のストレスシグナルの例として特記すべきは、熱シグナル(細胞の凍結・融解)に対する細胞応答測定である。独創的な温度波熱分析法で、細胞温度変化を単一細胞単位で、高感度・高速に解析できるシステムを完成した。これにより組織凍結時の温度波イメージングの動的解析が可能となり、例えば細胞凍結時に使用する浸透圧調節剤の性能を、植物組織(タマネギやタバコ)の場合について評価できることを示した。また、単一細胞実験には至らなかったが、酵母に対する電気化学的酸化ストレスでカタラーゼ遺伝子やTCAサイクル関連遺伝子の活性化されること、メラノーマ細胞を移植したマウスに磁気微粒子を投与しメラノーマ細胞内に導入後、高周波磁場照射して熱ストレスを誘導すると腫瘍の消失が促進されること、などの知見も得られた。