Super-resolution fluorescence lifetime imaging for analysis of mitochondrial membrane potentials at the cristae level

ミトコンドリアは，膜形態をダイナミックに変化させながらアポトーシスの制御やカルシウム貯蔵など，多岐にわたる細胞機能を精密にコントロールしている．本課題では，第2世代のミトコンドリア内膜標識剤として，MitoPB Redを開発した．MitoPB Redは赤色領域に蛍光を有することに加え，MitoPB Yellowに比べさらに大きな環境応答性を示すことが特徴である．これにより，より長波長の775 nmによる誘導放出が可能となり，明瞭なクリステ構造を捉えることができた．さらに，MitoPB Redは，脂質組成の違いによって誘起される膜極性環境の違いを感受して，異なる蛍光寿命を与えることを見出した．蛍光寿命顕微鏡 (FLIM) でミトコンドリアを観察すると，単一のミトコンドリアにおける内膜組成の不均一性を捉えることに成功した．ミトコンドリアの形態は，膜組成とも関連する．光照射した細胞，あるいはアポトーシス誘導剤で処理した細胞は，脂質膜の酸化に伴い，ミトコンドリアの膨潤が認められる．この様子をFLIMで観察したところ，酸化前に比べて蛍光寿命が長くなっている様子が認められた．これは，不飽和脂質が酸化されることで，結果的に飽和脂質濃度が高くなり，内膜の極性が低下したことに起因する．また，内膜酸化の様子をタイムラプス観察したところ，酸化はすべてのミトコンドリアで同時におこるのではなく，ミトコンドリアの一部が酸化されると，膜特性変化がそのミトコンドリア全体に広がっていく様子が認められた．本現象についてはさらなる検証が必要であるが，MitoPB Redは内膜特性を可視化できる優れたツールであることが示された．

ミトコンドリアは，膜形態をダイナミックに変化させながらアポトーシスの制御やカルシウム貯蔵など，多岐にわたる細胞機能を精密にコントロールしている．本課題では，第2世代のミトコンドリア内膜標識剤として，MitoPB Redを開発した．MitoPB Redは赤色領域に蛍光を有することに加え，MitoPB Yellowに比べさらに大きな環境応答性を示すことが特徴である．これにより，より長波長の775 nmによる誘導放出が可能となり，明瞭なクリステ構造を捉えることができた．さらに，MitoPB Redは，脂質組成の違いによって誘起される膜極性環境の違いを感受して，異なる蛍光寿命を与えることを見出した．蛍光寿命顕微鏡 (FLIM) でミトコンドリアを観察すると，単一のミトコンドリアにおける内膜組成の不均一性を捉えることに成功した．ミトコンドリアの形態は，膜組成とも関連する．光照射した細胞，あるいはアポトーシス誘導剤で処理した細胞は，脂質膜の酸化に伴い，ミトコンドリアの膨潤が認められる．この様子をFLIMで観察したところ，酸化前に比べて蛍光寿命が長くなっている様子が認められた．これは，不飽和脂質が酸化されることで，結果的に飽和脂質濃度が高くなり，内膜の極性が低下したことに起因する．また，内膜酸化の様子をタイムラプス観察したところ，酸化はすべてのミトコンドリアで同時におこるのではなく，ミトコンドリアの一部が酸化されると，膜特性変化がそのミトコンドリア全体に広がっていく様子が認められた．本現象についてはさらなる検証が必要であるが，MitoPB Redは内膜特性を可視化できる優れたツールであることが示された．