2021年07月14日

東工大、細胞画像からたんぱく質の共変動構造 構築

【カテゴリー】：行政/団体 【関連企業・団体】：東京工業大学

東京工業大学の村田昌之教授(現 東京大学 名誉教授)らの研究グループは14日、新しいたんぱく質ネットワーク解析法である「PLOM-CON解析法」を開発し、従来手法では困難だった細胞内に一過性に生じる2次元のたんぱく質凝集体で、生化学的に単離・分析が困難なアクチンドメインの機能解明に成功したと発表した。 　 　アクチンドメインは糖尿病状態の肝細胞では形成されにくくなる研究結果もあり、この解析法が新しい創薬プラットフォームツールになることを実証した。 　従来のたんぱく質ネットワーク解析法は、生化学的手法で多数の細胞を集め破壊して得られるたんぱく質の平均的な「量」の情報のみに基づいているが、たんぱく質の「質・局在」情報の反映なくしては、創薬研究に重要な細胞のシグナル伝達を正しく理解できないことが課題だった。そこで、先端的な創薬・医療研究分野では、ヘテロさを特徴とする細胞集団や組織内の単一細胞が持つそれらの情報を考慮し、疾患や薬効が示す細胞状態をたんぱく質のネットワークの変化によって知るための新しい解析技術が求められていた。 　今回開発したPLOM-CON解析法は、細胞の蛍光抗体染色画像ビッグデータから得られる単一細胞レベルのたんぱく質の量・質・局在情報を基に、たんぱく質ごとの特徴量を算出し、それらの時間的相関の強弱を指標にして「共変動ネットワーク」として可視化できる。つまり、細胞へのシグナル入力に応答して得られる共変動ネットワークの変化や違いから、細胞状態の違いや変化を担うたんぱく質群情報を知ることができる。 　具体的に、ラット肝細胞内において、インスリン刺激によって一過性に形成される直径数マイクロメートルのアクチンドメインの機能を本解析法を用いて解析した結果、アクチンドメインがグリコーゲン合成やたんぱく合成に関わる酵素群の集積とその制御をつかさどる重要な場として機能することを実験的に明らかにした。 　この「共変動ネットワーク」によって、肝細胞のみならず、さまざまな細胞のイメージング画像から得られる細胞の形態情報や、たんぱく質を含む多様な生体分子の量や質的変化(多階層オミクスデータ)とを、相関解析的手法によって統合できると期待される。 　 　そのため、今回開発した新しい解析方法は、細胞を利用した基礎生命科学にとどまらず、創薬や細胞医薬の新たな支援技術として活用できることの実証を連携企業とともに進めている。 　本研究成果は「iScience」で7月13日(現地時間)に公開される。 　 　 ニュースリリース参照 https://www.jst.go.jp/pr/announce/20210714/pdf/20210714.pdf