疾患の原因となりうる細胞内の顆粒の細胞内定量に成功 ～生きた細胞内の相分離液滴は必ずしも密な構造ではない～

疾患の原因となりうる細胞内の顆粒の細胞内定量に成功～生きた細胞内の相分離液滴は必ずしも密な構造ではない～

2024年10月23日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院薬学研究科　生物构造化学分野
准教授　梶本真司

【発表のポイント】

ALS^（注¹^）やがんの创薬标的とされるストレス颗粒^（注²^）について、内部の化学组成、分子构造、浓度を、生きた细胞内で定量することに成功しました。
ストレス颗粒内部は高度に浓缩された密な环境ではなく、颗粒の周囲と同程度、场合によっては周囲よりも疎な环境になることがわかりました。
ストレス颗粒などの相分离液滴（颗粒）の定量的な理解が深まることで、液滴を介した疾患の発症机构の解明や创薬への展开が期待されます。

【概要】

液-液相分离现象^（注³^）によって细胞内で形成される生体分子の浓厚相（液滴）は、膜のない细胞内小器官と呼ばれ、细胞の区画化や反応场の提供など様々な役割を有しています。その一方で、液滴内にあるタンパク质の异常凝集により、础尝厂やがん等を引き起こす原因となることも指摘されています。

东北大学大学院薬学研究科の澁谷莲大学院生、梶本真司准教授、中林孝和教授らは、ラマン顕微镜^（注⁴^）と呼ばれる技术を用いて、液-液相分离によって形成された生细胞内の単一液滴をその场で定量评価する手法を提案しました。この手法を用いて、细胞内液滴の一つであるストレス颗粒を测定し、ストレス颗粒内部の核酸浓度をその场で测ることに成功しました。さらにストレス颗粒内外の生体分子の浓度环境を定量的に比较することで、ストレス颗粒は必ずしも密な构造ではないことを明らかにしました。

本手法はあらゆる细胞内液滴の分析に适用可能であり、液滴と様々な生理现象や疾患との関係の解明、创薬への展开など幅広い応用が期待されます。

本成果は2024年10月15日 (火) にアメリカ化学会の学術誌Analytical Chemistryに掲載されました。

図1. 酸化ストレスを負荷した細胞の (A) 近赤外蛍光画像と (B~D) 対応するラマン画像。各ラマン画像は (B) 核酸、 (C) 脂質、 (D) タンパク質の分布を示している。

【用语解説】

注1. ALS
　筋萎縮性側索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis）の略。神経変性疾患（注5を参照）の一つであり、体を動かす筋肉が萎縮する難病。

注2. ストレス顆粒
　细胞がストレスにさらされた际に、液-液相分离（注3を参照）によって一时的に形成される细胞内液滴。主に尘搁狈础や搁狈础结合タンパク质から构成され、细胞のストレス适応に重要な役割を果たす。一方で、ストレス颗粒の异常凝集や分解不全が様々な疾患の発症に関连することも示唆されている。

注3. 液-液相分離（Liquid-liquid phase separation, LLPS）
均一な生体分子の水溶液が、生体分子が高浓度で存在する液相（液滴）と希薄な液相の二相に分离する现象。

注4. ラマン顕微鏡
　物质に光を照射すると、光と物质が相互作用を起こすことで散乱が起こる。散乱光のほとんどは入射光と同じ波长を持つレイリー散乱光であるが、ごく一部、物质中の分子の振动の影响を受けて入射光と异なる波长を持つラマン散乱光が含まれている。このラマン散乱光のエネルギー差から、分子の构造を解析する手法をラマン分光法と呼び、この手法を顕微镜下で行い、微小な领域の分子の情报を得る技术をラマン顕微镜という。

【论文情报】

タイトル：Nucleic Acid-Rich Stress Granules Are Not Merely Crowded Condensates: A Quantitative Raman Imaging Study
著者： Ren Shibuya, Shinji Kajimoto*, Hideyuki Yaginuma, Tetsuro Ariyoshi,
Yasushi Okada, Takakazu Nakabayashi*
*責任著者：东北大学大学院薬学研究科准教授梶本真司、同教授中林孝和
掲載誌：Analytical Chemistry
顿翱滨：

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