数理解析を目指した超解像顕微鏡によるシグナル伝達タンパク質の実濃度測定
研究代表者
末次志郎
奈良先端科学技術大学院大学
http://bsw3.naist.jp/suetsugu/
研究概要
細胞の外界からのシグナルに対する応答は、受容体を起点とする複数のシグナル分子を介したカスケードによって伝えられる。この結果、遺伝子発現、細胞増殖、細胞の形態変化などが誘導される。これらの反応は、溶液状態のタンパク質の会合が、リン酸化などの修飾により変化する過程として主に理解されいる。ここで重要となるのは言うまでもなく、溶液状態と仮定されるタンパク質の濃度とタンパク質同士の結合親和性の変化である。結合親和性は、解離定数（あるいは結合定数）として記述され、したがって、タンパク質の濃度が、どれくらいの割合の分子が会合するかを決定する。この結合を記述するふたつの要素のうち、解離定数は、精製タンパク質を用いて、比較的容易に決定することができる。しかし、細胞内のタンパク質の機能部位における局所濃度を、正確に決定することは、正確な濃度標準を置くことが困難であることにより、大部分不明である。さらに、タンパク質は必ずしも溶液状態で機能しない可能性が見出されてきている。申請者らが同定したBARドメインを持つタンパク質は、生体内において細胞膜上でらせん状のシートを形成し、細胞膜の形態を直接制御すると同時に、結合タンパク質の活性制御を通じてシグナル伝達を行う。らせん状のシート形成は、シグナル伝達タンパク質が、溶液状態で機能しないことを示唆している。この二つの課題、タンパク質の濃度と溶液状態であるかどうかの推定は、局所濃度を測定することで、解決できる。申請者らは局在化法を用いた超解像顕微鏡により、多数の分子の局在座標からタンパク質の局所濃度を直接推定することに成功した。また、局所濃度によりタンパク質が溶液状態であるか否かの推定も可能である。本研究では、BARドメインを持つシグナル伝達タンパク質などを局在化法超解像顕微鏡により調べ、局所濃度を決定し、溶液あるいは重合状態か推定する。タンパク質濃度は、結合状態の計算に用いられ、結合状態から予想される反応と実際の反応を比較する。
参考文献
- Suetsugu S, Kurisu S, *Takenawa T. Dynamic shaping of cellular membranes by membrane-deforming proteins. Physiological Reviews 2014;94(4):1219-1248
- Suetsugu S. Activation of nucleation promoting factors for directional actin filament elongation: allosteric regulation and multimerization on the membrane. Semin Cell Dev Biol. 2013;24(4):267-71
- Suetsugu S, Gautreau A. Synergistic BAR-NPF interactions in actin-driven membrane remodeling. Trends Cell Biol. 2012 Mar;22(3):141-50.
