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2017年10月24日
ラン藻由来の光合成色素を動物細胞で効率よく合成させることにより赤色光/近赤外光による細胞機能の光操作の簡便化に成功

 光でタンパク質を操作する手法は「光遺伝学」と呼ばれており、神経科学の分野で特に発展してきています。光遺伝学の対象は神経科学だけでなく、細胞内で起こる化学反応とそれによる情報伝達、つまり細胞内シグナル伝達系にも対象が広がってきています。これまでの細胞内シグナル伝達系の光遺伝学的手法では、紫外光、または青色光などの短波長の光を用いるものが主流でした。例外的に、赤色光/近赤外光を利用するフィトクロムB(Phytochrome B, PhyB)システムが報告されていましたが、このシステムを使うには、動物細胞には存在しない光合成色素フィコシアノビリン(PCB)と呼ばれる発色団を外部から添加する必要があり、このステップがPhyBシステムの利用を大きく妨げていました。

 今回、基礎生物学研究所/岡崎統合バイオサイエンスセンター 定量生物学研究部門の宇田耀一特別共同利用研究員、後藤祐平NIBBリサーチフェロー、小田茂和研究員、青木一洋教授は、京都大学の松田道行教授、河内孝之教授との共同研究により、PCBの合成にかかわる遺伝子をほ乳類培養細胞に導入することで、PhyBシステムに必要なPCBをほ乳類培養細胞内で合成させることに成功しました。さらに、外部からの発色団の添加を必要としない赤色光/近赤外光による細胞内シグナル伝達系の光操作に成功しました。本成果は、米国の科学雑誌「米国科学アカデミー紀要 (Proc Natl Acad Sci USA)」の電子先行版(2017年10月23日の週)に掲載されます。

 

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図:ほ乳類培養細胞におけるPhyB-PIFシステムを用いた光操作の成功例。A: 光刺激によりRac1分子を活性化することで、ラメリポディア(細胞周辺縁に見られる薄い膜状の構造)が形成された。B: 光刺激によりERK分子を活性のタイミングを制御することに成功した。

 

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