川崎俊輔 iPS細胞研究所（CiRA＝サイラ）研究員、齊藤博英 同教授らの研究グループは、タンパク質に応答する合成mRNAスイッチ（DNA上の遺伝情報はmRNAに転写された後、mRNAからタンパク質となり（翻訳され）細胞内で機能するが、細胞内の目的のタンパク質が発現しているときのみ反応する合成mRNAを使って、そのmRNAの翻訳をコントロールする概念）を開発し、生きた細胞内のタンパク質情報に基づいて、その細胞を識別することに成功しました。
本研究成果は、2017年5月19日午後9時に英国の科学誌「Nucleic Acids Research」でオンライン公開されました。
研究者からのコメント
左から、齊藤教授、川崎研究員
生きたヒト細胞の内在タンパク質を検出し、翻訳制御システムに情報伝達できるmRNAスイッチの開発は、私たちの長年の課題でした。今後本研究で発見した手法を用いて、様々なタンパク質を検出するmRNAスイッチを開発し、細胞内部のタンパク質量を生きたまま定量できる新技術や、必要な細胞を高効率で識別・純化する方法を確立したいと考えています。
本研究成果のポイント
- 合成mRNAスイッチを開発し、生きた細胞の内在タンパク質を検出することに成功
- 内在タンパク質LIN28A（ヒトの細胞内に存在する、細胞の初期化や幹細胞の維持に関わるタンパク質）の発現レベルを定量化することにより、ヒトiPS細胞やiPS細胞から分化した細胞を生きたまま識別することに成功
概要
細胞の状態はRNA、タンパク質やそれらの構成物質などを含むさまざまな生体分子で調整されています。タンパク質は特にゲノム発現や細胞シグナルの伝達、細胞運命の調整を担う重要な分子です。それゆえ、細胞内のタンパク質を検出して遺伝子発現をコントロールすることができれば、細胞をその状態に応じて制御することができる革新的な技術となります。これまで、細胞内で強制的に産生させた特定の外来タンパク質を検出する技術はありましたが、それらの技術を用いて生きた細胞の目印となる内在のタンパク質を検出することは困難でした。
そこで本研究グループは、ヒトの内在タンパク質（LIN28Aなど）を高感度で検出できる合成mRNAスイッチを新たに開発しました。細胞内でタンパク質に結合するRNAの構造を安定化することで、LIN28Aをはじめとする、細胞に内在するタンパク質と効果的に反応することを確かめました。さらに、幹細胞で高発現しているLIN28Aの発現レベルを定量することにより、ヒトiPS細胞やiPS細胞から分化した細胞を、生きたまま見分けることに初めて成功しました。
図：研究成果の概念図
（左）標的タンパク質に応答して蛍光タンパク質の産生を調節するmRNAスイッチを合成し、細胞内へ導入した。本研究で開発したmRNAスイッチは、細胞内で標的タンパク質が発現している状態では翻訳が抑制されることが確認できた。（右）mRNAスイッチを導入することで、細胞に内在するタンパク質の存在量に応じてiPS細胞と分化した細胞を識別することに成功した。
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1093/nar/gkx298
【KURENAIアクセスURL】 https://hdl.handle.net/2433/224943
Shunsuke Kawasaki, Yoshihiko Fujita, Takashi Nagaike, Kozo Tomita, Hirohide Saito (2017). Synthetic mRNA devices that detect endogenous proteins and distinguish mammalian cells. Nucleic Acids Research, 45(12), e117.
- 日本経済新聞（5月29日 11面）に掲載されました。
