磁場による蛋白質の極性制御とその活用

細胞が生み出す力学的作用は、生物にとって極めて重要である。例えば、生命活動の基礎となるATP合成は回転に依存していることが明らかになっている。エネルギー代謝の他にも、転写翻訳、細胞内物質輸送、そして細胞骨格再編成や細胞間接着の制御など、細胞が生み出す力が直接的な制御因子となる現象は数多い。それにもかかわらず、広義でのモーター蛋白質がどのような力を作りだし現象を制御するのか、in vitro一分子レベルでの力発生の研究は近年活発に成されたものの、細胞内では測定(定量的解析)の困難さを原因として研究は進んでいなかった。ここに、細胞内で任意にかつ定量的に力を発生させられるなら、反作用を利用して細胞内に生ずる力の測定や細胞構造の硬さ(柔らかさ)が測定可能になるだろうと発想して研究を開始した。加えて、細胞骨格に積極的な変異(破断)を導入する技術の開発も本研究の主な目的に設定した。まず、光依存的に磁場応答すると考えられる蛋白質に注目した(電場では水溶液中の培養細胞の内部構造をコントロールすることが困難、また光単独の使用では、細胞の受けるダメージや継続的かつ定量的な照射の難しさが想定された)。蛍光蛋白質を融合させた蛋白質を細胞に発現させて、顕微鏡下で周辺領域の磁場を変動させて、目的にかなう磁場応答蛋白質を選択した。続いて、それら蛋白質の光応答性に注目し、光照射による磁場応答性の制御(光で細胞の局所をコントロールする技術)の開発を行った。研究の副産物として、選択した磁場応答蛋白質が持っている活性酸素除去作用を利用する方法についても研究を進めた。本研究の成果は、有用な機能蛋白質の開発に留まらず、細胞内現象の人為的制御という細胞生物(物理)学分野の重要課題の解決に道を開くものであると考える。

細胞が生み出す力学的作用は、生物にとって極めて重要である。例えば、生命活動の基礎となるATP合成は回転に依存していることが明らかになっている。エネルギー代謝の他にも、転写翻訳、細胞内物質輸送、そして細胞骨格再編成や細胞間接着の制御など、細胞が生み出す力が直接的な制御因子となる現象は数多い。それにもかかわらず、広義でのモーター蛋白質がどのような力を作りだし現象を制御するのか、in vitro一分子レベルでの力発生の研究は近年活発に成されたものの、細胞内では測定(定量的解析)の困難さを原因として研究は進んでいなかった。ここに、細胞内で任意にかつ定量的に力を発生させられるなら、反作用を利用して細胞内に生ずる力の測定や細胞構造の硬さ(柔らかさ)が測定可能になるだろうと発想して研究を開始した。加えて、細胞骨格に積極的な変異(破断)を導入する技術の開発も本研究の主な目的に設定した。まず、光依存的に磁場応答すると考えられる蛋白質に注目した(電場では水溶液中の培養細胞の内部構造をコントロールすることが困難、また光単独の使用では、細胞の受けるダメージや継続的かつ定量的な照射の難しさが想定された)。蛍光蛋白質を融合させた蛋白質を細胞に発現させて、顕微鏡下で周辺領域の磁場を変動させて、目的にかなう磁場応答蛋白質を選択した。続いて、それら蛋白質の光応答性に注目し、光照射による磁場応答性の制御(光で細胞の局所をコントロールする技術)の開発を行った。研究の副産物として、選択した磁場応答蛋白質が持っている活性酸素除去作用を利用する方法についても研究を進めた。本研究の成果は、有用な機能蛋白質の開発に留まらず、細胞内現象の人為的制御という細胞生物(物理)学分野の重要課題の解決に道を開くものであると考える。