ナトリウムイオンの細胞内動態変化を感知できる新規バイオセンサープローブの開発

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膜電位が過分極状態になることやナトリウムイオンの添加により、非運動性細胞群の中から運動性細菌が突如出現することから、膜を横切るイオンの流れの変化に伴う膜電位の揺らぎこそが不均一な細胞集団を出現させる重要なシグナルである可能性が示唆された。この仮説を検証するには、細胞内ナトリウムイオン濃度の動態変化と運動細胞出現の因果関係を明らかにする必要がある。本研究は、細胞内ナトリウムイオン濃度の動態変化を計測できる新規ナトリウムイオンセンサープローブを開発することを目的とする。本年度の主な成果は以下に示す。変異体解析により、MotSのPGBドメイン内に位置する68番目のグルタミンから117番目のグルタミン酸の領域にナトリウム結合サイトが存在すること、さらに、この領域に存在するAsp-70とGlu-76のアミノ酸残基がナトリウムイオンの結合に関与している可能性が高いことが示唆された。そこで、この仮説を検証するため、68番目のグルタミンから117番目のグルタミン酸からなる野生型ペプチドおよびD70A変異、E76A変異、あるいはD70A/E76Aを持つ3種類の変異型ペプチドを作成した。次に、ナトリウムイオンの添加に伴うポリペプチドの2次構造変化を捉えるため、それぞれの合成ペプチドのFar-UV CDスペクトル測定を行った。野生型ペプチドでは、ナトリウムイオンの添加によりαヘリックス含量が顕著に増加した。一方、変異型合成ペプチドではナトリウムイオンの添加によるαヘリックス含量の増加は見られなかった。この結果から、Na+がAsp-70とGlu-76に結合すると、68番目のグルタミンから117番目のグルタミン酸からなる領域が構造変化することが明らかとなった。これらの結果に基づいて現在分子内型FRETバイオセンサープローブを設計した。