清中茂樹准教授・坂口怜子助教・森泰生教授ら、細胞内温度センサーの開発と生体の恒常性を担う熱産生機構の可視化に成功

2013年10月18日

　清中茂樹 地球環境学堂准教授（工学研究科合成・生物化学専攻両任）、坂口怜子 助教（物質－細胞統合システム拠点＝iCeMS）、森泰生 地球環境学堂教授（工学研究科合成・生物化学専攻両任、物質－細胞統合システム拠点連携教授兼任)らの研究グループは、遺伝子工学的な手法を用いて、細胞内および細胞内小器官の温度計測を可能とする温度センサータンパク質を開発し、生体の恒常性を担う熱産生機構の可視化に成功しました。この成果は、熱生産を促す肥満解消薬の開発などに役立つと期待されます。

　近年、熱産生細胞は、体内のエネルギーを熱の発散として消費する、新たなダイエット法の開発につながるとして注目されています。一方、熱産生組織から産生された熱はすぐに拡散するために、これを直接的に評価できる方法がなく、熱産生を促す創薬の開発は困難とされてきました。

　本研究グループは今回、温度感知タンパク質として知られるTlpAを緑色蛍光タンパク質（GFP）と融合することで、細胞内および細胞内小器官の非侵襲的な温度計測を可能とする温度センサータンパク質（thermosensor GFP、以下tsGFP）の開発に成功しました。このtsGFPは、37度付近の温度変化を鋭敏に感知し、蛍光が変化します。また、tsGFPは、遺伝子に組み込まれるために、非侵襲的に生細胞内・組織内に導入でき、シグナル配列を付与することで、各々の細胞内小器官における温度計測も可能となります。
　
　本研究においては、ミトコンドリアに発現する温度センサー（tsGFP1-mito）と小胞体に発現する温度センサー（tsGFP1-ER）を用いることにより、褐色脂肪細胞内のミトコンドリアと筋細胞の小胞体の両方が熱産生を行うことを証明しました。また、tsGFP1-mitoをHeLa細胞に発現させることで、ミトコンドリアの温度が不均一であることを世界で初めて示しました。

　本研究成果は、細胞内の熱産生を直接的に評価できる方法として、肥満解消薬の開発の加速に役立つことも見込まれています。また、細胞内小器官における温度計測は、生体機能を解き明かすうえで重要であり、本温度センサーは、今後の研究の推進に重要なツールとなると期待されます。

　この研究成果は、2013年10月13日（米国東海岸標準時）に「Nature Methods」誌電子版で掲載されました。

文献情報

Extenal LinkGenetically encoded fluorescent thermosensors visualize subcellular thermoregulation in living cells

Shigeki Kiyonaka1-3, Taketoshi Kajimoto1, Reiko Sakaguchi4, Daisuke Shinmi1, Mariko Omatsu-Kanbe5, Hiroshi Matsuura5, Hiromi Imamura6, Takenao Yoshizaki7, Itaru Hamachi1, Takashi Morii8, Yasuo Mori1-3*

Nat Methods: 2690 | Published 13 October 2013 | DOI: 10.1038/nmeth.2690

  1. Department of Synthetic Chemistry and Biological Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Kyoto, Japan.
  2. Department of Technology and Ecology, Hall of Global Environmental Studies, Kyoto University, Kyoto, Japan.
  3. Core Research for Evolution Science and Technology, Japan Science and Technology Agency, Tokyo, Japan.
  4. World Premier International Research Initiative-Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University, Kyoto, Japan.
  5. Department of Physiology, Shiga University of Medical Science, Shiga, Japan.
  6. The Hakubi Project, Kyoto University, Kyoto, Japan.
  7. Department of Polymer Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Kyoto, Japan.
  8. Institute of Advanced Energy, Kyoto University, Uji, Japan.